автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Повышение стойкости цементных бетонов отходами обогащения флюоритовых руд

РГ6 од

ТАШКЕНТСКИЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ФАТХУЛЛАЕВА НАЗИРА ХАБИБУЛЛОЕВНА

ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ

ЦЕМЕНТНЫХ БЕТОНОВ ОТХОДАМИ ОБОГАЩЕНИЯ ФЛЮОРИТОВЫХ РУД

(Специальность 05. 23. 05-Строительные материалы и

изделия)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ташкент— 1994

Работа выполнена в Таджикском техническом университете на кафедре «Технология строительных материалов»

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор АТАКУЗИЕВ Т. А. кандидат технических наук, доцент ШАРИФОВ А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, ведущий научный сотрудник Иркаходжаева А- П., кандидат технических наук, доцент Рапопорт П, Б.

Ведущая организация: научно-исследовательская лаборатория стройматериалов Среднеазиатского НИИ оснований и подземных сооружений г. Душанбе.

Защита состоится « $М » О 6_1994 года

в Ч_часов на заседании Специализированного

Совета К 067.03.22 при Ташкентском архитектурно-строительном институте по адресу: 700011, г. Ташкент, ул. Навои, 13, большой зал ТАСИ.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, присылать по адресу: 700011, г. Ташкент, ул. Навои, 13, ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТАСИ.

Автореферат разослан

«м » 1994 года.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,

доцент

ХАСАНОВА М. К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность томы. Значительная часть возведенных ;гз бетона и железобетона зданий и сооружений в период эксплуатации подвергается действию внешней агрессивной среда, которая может вызвать кх повреждение и даже выход из строп. В связи с этим, одной из актуальных проблем строительства является обеспечение требуемой долговечности и коррозионностоякости бетонных изделий и сооружений.

Один из путей решения вопроса предупреждения развития коррозии бетона заключается в создании непроницаемой или малопроницаемой структуры бетона. Многочисленные исследования показали, что эффективным методом регулирования структуры цементного камня бетона и снижения его проницаемости является введение в состав бетонной смеси добавок - модификаторов химического и минерального происхождения. При этом наиболее целесообразно применение добавок из отходов производств.

В Центральной Азии, и, в частности, в условиях Тадкикистана, где практически отсутствуют металлургические, топливные элаки к другие отходы промышленных предприятий, традиционно применяемые в качестве минеральных добавок цементов, перспективным является использование отходов горнообогатительных производств. К- их числу относятся отходы флотационного обогащения флюорэтовых руд Такобского. горно-обогатительного комбината, которые характеризуются достаточно стабильным гранулометрическим, химическим и минералогическим составами. Наличие большого количества данпого отхода, сравнительная близость расположения их отвалов и хранилищ от цементного завода и заводов по производству бетонных и железобетонных изделий и сооружений такие способствуют использованию этих отходов в качестве сырья для выпуска малоцементных растворов и бетоной.

Вместе с тем, отсутствие технологии получения цементов и бетонов с отходом обогащения флюорита и неисследованность свойств и качеств получаемых материалов сдерживает . их промышленное использование. Отсюда вытекает актуальность и необходимость изучения вопроса утилизации отходов ГОК и раскрыт^ возможности получения матрриплов, в первую сг«»ррпь

вяжуидас и бетонов, производства которых мкоготоннажнь: и топливознергозмкие, с их использованием без снижения качества изделий. Это позволит , в определенной степени сохранить сырьевые ресурсы дяя производства стройматериалов, создать ресурсосберегающие и безотходные технологии,- снизить себестоимость продукций, а также ослабить остроту проблемы загрязнения окружающей среды.

Целью ра.боты является обоснование возможности применения отходов флотационного обогащения флюоритовых руд в качестве минеральной добавки цементов для повышения стойкости дакантного камня в агрессивных средах и разработка технологии получения экономичных составов вяжущих и бетонов.

Поставленная цель определила следующие задачи исследования»

- изучение состава и свойств отходов флотационного обогащения ф.гюоритовых руд 1'акобского горно - обогапггелыюго комбината;

- экспериментальные исследования физико-механических и технологических свойств строительных растворов и бетонов с с добавкой ОГ™>;

-разработка технологии'получения минеральной добавки 0ПФ и определение» оптимальных составов бетонов с ОПФ и с ОПФ в сочетании с химическими модификаторами;

- экспериментальные исследования стойкости бетонов с добавкой ОШ и с ОПФ в сочетании с химическими модификаторами в различных агрессивных средах;

- апробация результатов лабораторных исследований в прошилокнсм производстве путем выпуска бетонных и растворных изделий с добавкой оптимального количества ОПФ и ОПФ в сочетании с химическими модификаторами в состав бетонных и.' растворных смесей.

Научная новизна результатов исследований!

- обоснована пригодность отходов .обогащения флюоритовых руд а качестве минеральной добавки цементов с далью снижения расхода клинкера при одновременном повышении стойкости бетона в агрессивных средах;

- разработана технология получения и оптимальные соста-\ вы бетонов с ОПФ; , • . >

~ обоснована целесообразность комплексного применения

ОПФ с химическими модификаторами: --декстрином и МЛСТ, для значительного снижения расхода цемента з бетона и повышения долговечности бетонных изделия при эксплуатации з .условиях агрессивного действия внешней среды.

Практическая ценность работы:

- получено экспериментальное подтверждение возможности изготовления минеральной добавки даментоз из отходов флотационного обогащения флюоритовых руд для замены Г0--25* цемента в составе батона при одновременном повышении его качества;

- разработана технология модифицирования обычных цементов и бетонов недорбгими добавками, позволяющая получить высококачественные изделия, . стойкие при эксплуатации в агрессивных "средах;

- определена эффективность применения отходов произвол- . ства горно-обогатительного комбината для повышения долговечности' строительных изделия и конструкций:

- предложен способ утилизации отходов обогащения Флюриговых руд и улучшения экологического состояния районов их хранения.

Впедреяие результатов работы.

Разработанные составы вяжущих с ОПФ и с ОПФ в сочетании с химическими модификаторами применялись для производства бетонных изделия: цементных блоков, перегородок стеновых, фундаментных балок, ригелей нэ завода ЖЕК - I треста "Таджик-стройиндустрия" и МП-16 треста "Душанбестроа", а также на строительной площадке 12-этажного жилого дома по ул.Патриса Думумбы г.Душанбе для заливки конструкций монолитного ростверка и стен подвала.

В среднем применение ОПФ в составе бетонов снизило расход цемента в I мэ бетонной смеси на 60 кг.

Апробация работы.. Основные положения и результаты работы представлены и обсуждены на: научно-практической конференции молодых ученых и специалистов в в г.Курган-Тюбе (апрель 1991 г.); 1-оа Международной научно-технической конференции "Снижение материалоемкости продукции строительной индустрии" г.Ташкент (1992 г.); Международной научно - технической и учебно - методической конференции "Актуальные. проблемы науки, технологии производства и образова-

ния" г. Чимкент (1993 г.); общеуниверситетских конференциях молодых ученых и специалистов Таджикского технического университета г.Душанбе (1991-92 г.).

П у б л и к а ц и и. По теме диссерации опубликовано шесть работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы, включающего 106 наименований работ и приложения.

Диссертация содержит: 152 страницы машинописного теста 46 рисунков, 14 таблиц, приложения на 9 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и перспективность исследований по использованию отходов флотационного обогащения фипооритовых руд в производстве малоцементных растворов и бетонов, стойких в условиях действия внешней агрессивной среды.

В первой главе "Долговечность бетона в агрессивных средах и методы ее повышения (аналитический обзор литературы)" проанализированы работы отечественных и зарубежных исследователей по изучению причин возникновения, механизма протекания процессов коррозии цементного - камня бетона. Замечено, что эффективным способом предотвращения преждевременного разрушения бетонных изделий и повышения их долговечности является увеличение стойкости бетона в агрессивных средах путем модифицирования состава и свойств цемента. Это можно достичь 'заменой части.цемента в составе вяжущего на минера.льную добавку.

Во второй главе "Объект и метода исследования" дана характеристика применяемых материалов, описаны состэзы вяжущих, строительных, растворов и бетонов, указаны методы исследования свойств изучаемых материалов.

В качестве исходных материалов автором использовались среднеалюминатный. и низкоалюминатяый цементы М400 Душанбинского завода.

Авторов описаны'физико-химические свойства отходов фло-т-^пгл^т н"о обогащения флюоритовых руд Такобокого горно-обсга-

тигельного комбината, предложенных для использования в качестве минеральной добавки к цементам.

По модулю крупности и остаткам на ситах 01ТФ относится к группе очень мелких песков (табл.1) и в среднем на 55;? состоит из зерен размерами не более 0,1 мм, а частицы размерами более I мм составляют менее 155.

Таблица I. Зерновой состав отхода производства флюорита

N пробы ' Остаток на ситах (в %) с размерами отверстий, мм Прошло сквозь сито 0,1 мм

2,0 0,5 0,25 0,1

I 0,31 0,42 3,26 38,06 57,05

2 0,30 0,37 3,30 39,85 56,18

3 0,32 0,36 7,30 36,56 55,46

Сравнительная близость размеров частиц отхода к размерам частиц цемента позволяет с минимальными трудо- и энергозатратами приготааливать молотую минеральную добавку ОПФ.

Рентгеногрвмма исследуемого отхода (рис.1) показала

п 1- »1 1 ■ I 1 "1 | 1 - | | |

53 50 # Ю 05 К ¡5 20 15

Ряс. I, Рентгенограмма отхода флогацжонного обогащения флюо-рятовчх руд Такобсяого горно-обогагагелыюго комбината

присутствие следующих минералов в его составе: кварц (<1=4.24;

о

3,68; Э,Э4; 2,45; 2,28; 1 ,975 А); флюорит (<1=3,143; 1,928;

о о

1.644А); магнетит и-2,99; 2,54; 2,098; 1,61 Л); кальцит

о

(¿=3,029; 2,49; 2.09:1,91; 1,86 А); биотит (<1=3,70; 3,34;

о с,

2,73; г.бЗА); сульфиды (<1=3.58; 3,10; 2,22; 1,685 А).

, Химический состав отхода приведен в таблице 2. Исследуемый отход характеризуется относительно высоким содержанием В102 и низким содержанием СаО по сравнению с химическим составом обычного цемента и отличается стабильностью состава.

Таблица 2. Химический состав отхода обогащения

флюориговых руд

Содержание компонентов в пробах,

Компоненты масс %

I 2 .....3~ " ......4' ... 5 . .....6

зю 2 73,32 72,04 74,2 73,5 74,54 73.6

Т10 2 0,09 0,08 од 0,09 0,41 0.09

А1,0„ 2 3 6,87 8,65 7,19 7,6 6,63 6,21

Ре2оз+гео 1,93 1,0 5 1,05 1.1 2,73 1,07

МпО 0,02 0,03 0,04 0,05 0,12 0,08

0,49 0,19 0,13 0,12 0,45 0,21.

СаО 6,52 9,26 5,75 6,03 7,28 6,27

к2о 2,98 3,64 3,5 3,58 2,5 3,02

1 ,63 1,97 1,75 .1,62 . 0,55 1,40

0,03 0.03 0,03 0.02 0,11 0,05

Боб>ц. 0.14 - 0,1 о.г 0,1 0,1

сог 1,8 1,68 1,89 1,94 0,62 1,74

ОаРг 4,58 3,96 4,6 4,68 4.26 3,90

п.п.п. 2,83 4,83 2,98 2,9 2,76 2,99

Всего' 100,38 100,58 100,33 100,43 100,0 100,73

В третьей главе "Исслодозани? физико - технических свойств вяжущих и бетонов с молотим отходом флота-Ци<мп;:\п? пбогздзтш флюориговых руд" изложены результаты

исследования строительно-технических свойств цементов, растЕоров и бетонов с добавкой молотого отхода флотационного обогащения флюоритовых руд (ОПФ) Такобского горно - обогатительного комбината, а также его комплексное введение с химическими модификаторами: модифицированным лигносульфонатом техническим <МЛСТ) и декстрином.

В исследованиях от 5 до 30$ цемента в составе вяжущего заменяли на ОШ с удельной поверхностью частиц 3000-3300 см2/г.

Установлено,что ОПФ несколько увеличивает водопотреб-ность и сроки схватывания дамонтшх вяжущих, что объясняется действием шламовой части отхода.

При введении ОПФ в строительный раствор состава 1:3 при В/В = 0,4 прочность раствора при изгибе (п^р ) в начальный период твердения (до 7 сут) несколько снижается. Но в более поздние сроки твердения значение R^ ОПФ - содержащих растворов привосходаг значение ï^ растворов на чистом цементе: 28-сут прочность образцов с 10$ ОПФ составляет 105- 1U7%, а с 20% добавки- 128 - 130% значения RJi3r без ОПФ.

Испытания этих образцов на сжатие показали, что уже i< 3-х . суточному возрасту значение прочности RCJK образцов с содеркшшем ОПФ до 20% выше прочности образцов без добавки. К 360-ти суткам твердения прочность строительного раствора с ОПФ в 1,08-1,2 раза выше прочности образцов без ОПФ.

На прочность, раствора влияет количество введенного отхо-~да. Наибольшего значения прочности набирают образцы с 20Ж-ым содержанием ОПФ.

Вяжущее из цемента и молотого отхода обогащения флюорита также*испытывали в составе тяжелого бетона состава 1:1,51:2,57 при В/В=0,4 и расходе цемента 475 кг/м3.

В таблице 3 приведены результаты испытаний прочности бетона с ОПФ при различных условиях твердения.

Тепловлажностную обработку образцов осуществляли в режиме 4x2x6x3 ч при температуре изотермического прогревания 80°С ¿5?

В 3-х и 7 суточном возрасте прочность бетона с молотым отходом при нормальном твердении ниже прочности бетона без ОПФ, однако, в 28 сут возрасте значение прочности бетона с добявкоЛ возрастает и при расходах добавки 10...2035 превосходит значения прочности бетона без добавки. При тепло-

влажной обработке образцов прочность .бетона с ОПФ практически сравнима со значением прочности бетона без добавки и после ТВО.

Табл1ща 3. Составы вяжущего и прочности бетона

» п/п Состав вяжущего, % Прочность бетона, МПА

Цемент ОПФ При нормальном твердении при ТВО

3 сут 7 сут 28 сут после ТВО 28 сут

г 100 - 18,0 25,0 33,7 22,7 31,7.

2 90 10 16,6 23,1 35,5 23,1 32,6

3 85 15 16,0 21,3 36,9 23,4 33,2

4 80 20 15,2 22,6 37,6 22,1 . 32,7

5 75 25 13,3 20,2 33,0 20,5 30,5

Эффективность применения отхода обогащения флюорита в качестве минеральной добавки цементов была доказана также при исследовании бетона состава 1:1, 79:3,33 при удельном расходе вяжущего 368 кг/м3 (таблица 4).

. В состав бетона минеральная добавка была введена двумя, способами: I) предварительно измельченный отход дозировали в бетонную смесь в процессе ее приготовления и 2) ОПФ в неизмельченном виде дозировали в состав цемента и приготавливали вяжущее совместным их помолом.

Сравнение прочностных показателей бетона показывает, что совместный помол добавки с цементом более эффективен, т.к привадит к существенному возрастанию прочности бетона. Этому способствуют лучшая гомогенизация частиц вяжущего, улучшение их гранулометрического состава и дополнительная активность цемента, которые достигаются при совместном- помоле добавки с цементом. . .*

Надо отметить, что возрастание прочности бетона с - добавкой при совместном помоле цемента и ОПФ • происходит в более раннем возрасте, чем при дозировке в бетонную смесь "редвяритедьпо измельченного отхода.

Гозультчтн исследования прочности батона в зависимости

от содержания ОПФ в составе вяжущего показали, что оптимальной Дозировкой добавки является 10...202, при которых прочность бетона больше или равна прочности батона на цементе без ОПФ.

Исследовались свойства бетонов при совместном введении ОПФ и химических модификаторов цемента: модифицированного лиг-носульфоната технического (МЛСТ) в количествах 0,1-0,5% и декстрина в количествах 0,01- О.ОЭД от массы вяжущего.

Таблица 4.

Состав вяжущего и прочность бетона

Состав щего.

Иодаиж-ность бетонной смеси,см

вяжу-

Цемент

ОПФ

В/В

Прочность бетона (МПа) через сут

7

14

28

90 | 180

Раздельный помол отхода

I 100 - 0,45 5 10,4 14,6 21,5 23,5 30.0 33,4

2 95 5 0,524 9 6,1 10,9 14,6 19,7 27,0 35,5

3 90 10 0,524 12 8,5 13,8 18,3 25,8 31,0 32,3

4 85 15 0,524 13 8,2 13.3 17,4 30,0 33,0 35,5

5 80 20 0,524 14 7.0 12,2 18,2 25,5 28,1 34,4

в 75 25 0,524 15 6,6 ИД 14,0 22,2 28,5 30,9

7 70 30 0,524 15 6,2 10,7 15,8 21,1 25,0 30,5

Совместный помол отхода и цемента

I 100 - 0;524 9 10,0 14,9 16,9 26,0 34,2 37,5

2. 95 5 0,5 8 9,8 19,0 23,2 28,0 40,5 46,4

3 90 10 • 0,5 3 8,8 18,8 22,6 29,4 39,2 43,7

4 .85 15 0,5 5 10,1 17,6 23,9 25,6 32,8 39,8

5 80 20 0,5 8 7,1 14,8 18,8 26,1 28,9 38,2

6 . 70 30 0,524 15 7.1 12.0 17,7 23,2 27,6 33,5

Исследования показали, что декстрин и МЛСТ в 1,07- 1,2 раза снижают водопотребность цементов с ОПФ.

Установлено, что прочность бетона при совместном введении ОПФ и МЛСТ во все сроки испытания и с различным процентным содержанием добавок выше прочности бетона, содержащего лишь ОПФ. При этом, более высокими показателями прочности обладают Сетоны, содержащие добавку МЛСТ и 15-20% 0Ш>. Их прочность к 360 сут твердения в нормальных условиях достигает 53...57 МПа или ва 15-25% выше значения прочности

N

бетона без добавок. ■ •

Примерно ТЕКИ9 же значения прочности бетона обеспечивают вяжущие, содержащие ОПФ и декстрин . Однако, при введении декстрина в состав бетона с ОПФ наблюдается незначительное, но закономерное снижение прочности бетона с увеличением содержания этой химической добавки в составе вяжущего в начальные (3...7 сут) сроки твердения. Затем, при увеличении срока твердения, прочность бетона не снижается, а, наоборот, происходит возрастание прочности бетона с увеличенном содержания декстрина в составе вяжущего. Эффективность действия декстрина также выше в составах вяжущего, содержащего ОПФ в количестве 15...'¿0% массы цемента.

Совместное введение молотого отхода флкюритового производства и химических модификаторов цемента улучшает прочностные характеристики бетона, а также представляется возможность снижения удельного расхода цемента на 20...25%, что значительно повысит эффективность применения бетонннх изделий и конструкций.

В четвертой главе "Исследование стойкости бетонов с химическими добавками на действие агрессивных сред" показано влияние химических модификаторов: МЛСТ и декстрина на формирование малопроницаемоя структуры цементного камня бетона, водонепроницаемость и морозостойкость бетона. Приводятся результаты длительных исследований бетона с химическими' добавками в условиях действия сильноагрессивных сред.

МЛСТ и декстрин способствуют формированию мелкопористой структуры цементного камня. Это в свою очередь увеличивает водонепроницаемость и морозостойкость бетонов (растворов).

Морозостойкость' бетонов определяли путем попеременного замораживания при температурах минус 18-22°С и оттаивания. в воде комнатной температуры. Через 100,200,300,400 и 500 циклов замораживания и, оттаивания испытывали прочность образцов. Результаты испытаний приведены в таблице 5.

Из приведенных данньх следует, что введение химических добавок даже в небольших количествах приводит к возрастанию морозостойкости бетона. Попеременное замораживание и оттаивание до зоо циклов не снижает прочность образцов с добавками. КоофГицлент' морозостойкости (Кст) этих образцов ж 1 />• тогда как коэффициент морозостойкости образцов без

добавки к атому сроку снижается в среднем на го%. При

дальнейшем увеличении циклов испытания до 500, значение

Котобразцов бетона без добавки составляет 0,55, что в 1,7 раз

меньше'К бетона с добавками. При атом, даке после боо циклов ст 1

испытания Кст ботона с добавками не снижается ниже 0,9. Потеря прочности образцов без добавки составила 38-40&, а при наличии пластификатора - 11-15$ через 500 циклов замораживания и оттаивания.

Таблица 5.

Морозостойкость бетона с химическими добавками

. Содержание добавок, % массы цемента Коэффициент морозостойкости бетона после циклов испытания

100 20 0 300. 400 500

0,9 0,81 0,72 0,65 0,55 Декстрин 0,03 1,13 1,1'2 I.I 1,05 0,98

0,045 1,15 1,13 1,08 1,06 1,03

0,075 1,09 1,08 1,03 1,01 0,97

0,1 1,03 1,01 0,98 0,96 0,91

Модифицированный лигносульфонат технический

0,075 1.09 1,05 1,01 0,96 0,92

0,2 1,03 1,02 1,00 0,94 0,90

0,3 1,05 1,07 1,03 0,98 0,93.

Исследования показали, что водонепроницаемость бетона, содержащего химические добавки в 1,5-2 раза выше, чем для бетона без добавки.

Коррозионностойкость бетонов с добавками изучали при годичном твердении образцов в агрессивных средах. Декстринсо-держашие бетоны и раство"ры в:дистиллированной воде, растворах 3%-ного «¿304 и 0.25 моль/Л Н2Б0<. Бетоны с добавкой МЛСТ в: дистиллированной воде, растворах 0,5 моль/л НгБ04 и 0,1 моль/л снз соон. Расход агрессивных растворов на один образец составлял 2,5 л. Через каждый 20 дней отработанные раствори были заменены на свежие.

Испытания образцов проводили через 30, 180 и 380.сут их хранения в. агрессивных средах. На всех этапах испытания коэффициент стойкости образцов, содержащих химические

добавки, больше значения коэффициента стойкости бетона без добавок. Кинетика твердения образцов бетона в названных агрессивных средзх показывает, что для бетонов, содержащих пластификаторы, возрастает не только коэффициент стойкости, но и их прочность по сравнению со значением прочности образцов без добавок. Так, при твердении бетона в дистиллированной воде в течение до збо сут прочность образцов с 0,075% МЛСТ достигает 54 - 55 МПа, а коэффициент стойкости такого бетона составил 0,9 -1,1, при введении декстрина в количествах 0,05...0,075% массы цемента их значения составили соответственно 55-56 МПа и 0,91-1,01. Тогда, как для бетона без добавок при прочности 34 -39 МПа коэффициент стойкости снижается с о,95 до о,аз при увеличении времени хранения с зо до збо сут.

В дистиллированной воде происходит выщелачивание Са(оя)2 из структуры бетона. Анализ состава отработанной воды через каждые 20 сут хранения образцов при замене агрессивного раствора на свекую порцию показал, что за збо сут из структуры бетона без добавок выщелачивается 55,0 мг/см2 ОаО, тогда как для образцов с 0,075$ МЛСТ величина выщелачивания составляет 34,2 мг/см2 Cao, а при расходе добавки 0,г% - 36,9 мг/см2 СаО.

При содержании декстрина в количестве 0,025...0,075$ выщелачиваемое количество извести составляет 20,8-23,9 мг/см2, затем при увеличении содержания декстрина до 0,18 оно увеличивается до 31 мг/см2. • Из применяемых кислот наиболее разрушительное действие на бетон оказывает раствор серной кислоты. В токе время, стойкость бетона, содержащего химические добавки, значительно выше стойкости бетона без добавок. Это особенно проявляется при увеличении времени хранения образцов в агрессивной среде. Так, через збо сут наховдения образцов в растворе 0,5 моль/л H2S04 прочность бетона без добавки составила всего II МПа, а его коэффициент стойкости 0,25, но при этом прочность и коэффициент стойкости бетона, .содержащего 0,3% МЛСТ, „составили соответственно 23 МПа и 0,5.. '

Разрушение образцов происходит с их поверхности. Через Збо сут нахождения образцов в растворе 0,25 моль/л H2S04 толщина вымываемого слоя для составов без Добавки составила о,4...о,5 см, а для декстринсодержащих составов всего О;i... о,25 см. В растворе 0,5 моль/л серной кислоты толщина

вымываемого слоя бетона без добавок составила Г,2...1,5 см, а с добавкой МЛСТ - 0,5...0,7 см.

В растворе СНЭС00Н образцы бетона сохраняют целостность внешного вида, разрушение поверхности визуально не наблюдается. ' .

Измерение остаточной концентрации обработанных растворов кислот показало, что в начальные сроки нахождения образцов бетона в них происходит интенсивное взаимодействие кислоты о продуктами цементного камня: для раствора Н^О^период интенсивного взаимодействия и существенного снижения их концентрации, особенно для образцов бетона без добавки, происходит з течение до 90-120 сут: В дальнейшем скорость .взаимодействия ионов кислоты с продуктами цементного камня снижается, о. чем свидетельствует резкое повышение остаточной концентрации их

обработанный растворов ^

В 35?-ом растворе не происходит разрушение цемент-

ного камня образцов строительного раствора. Кинетика их твердения в течение 360 сут в даннса среде показывает, что при прочности образцов без добавки 30,0 + 32,6 МПа значения прочности декстринсодержающих составов возрастают до 45 + 52 . МПа. Коэффициент стойкости цементного камня раствора составляет 0,9 + 1,03.

Рентгеноструктурныг и. химический анализы бетонных .образцов показали, что в образцах-с химическими добавками не только во внутренних слоях, но и вс? внешнем слое некоторые соединения, обесшчивающиэ прочность цементного камня, сохранили свое первоначальное состояние, тогда как в образцах без добавок в этих условиях не только внешний слой, но и внутренние слои подвергаются разрушению.

В пятой главе "Исследование коррозионностои-кости бетонов на вяжущих с молотым отходом флотационного обогащения флюоритойых руд" рассматривается стойкость бетонрв с ОПФ и с ОПФ в сочетании с химическими модификаторами: МЛСТ и декстрином в сильноагрессивных средах.

Стойкость бетона с ОПФ изучали при нахождении образцов в дистиллированной воде, растворах 0,1 моль/л уксусной и 0,25 моль/л серной кислот, а также в 6%-ном растворе сульфата магния. Объем агрессивных растворов принимали из расчета 1,7 л на образец. - ^

В дистиллированной .вода с увеличением времени твердения происходит возрастание прочности образцов. Прирост прочности бетона зависит от содержания минеральной добавки в составе,вяжущего. Значение прочности за~ 360 сут твердения в воде возрастает с 34,5 до 38,5 МПэ или на 11,6%, при этом коэффициент стойкости снижается с 0,94 до 0,84. "Снижение коэффициента стойкости бетона при возрастании его прочности с увеличением возрасту твердения объясняется не разрушением структуры цементного камня, а болэе медленным набором прочности образцов в дистиллированной воде, нежели в нормальных условиях.

Возрастание прочности бетона с добавкой ОПФ значительнее , Его величина увеличивается с 37 до 51 МПа или в среднем на 37%, причем наиболее высокими показателями прочности обладают образцы .с 20%-ым содержанием ОПФ в составе вяжущего.

Коэффициент стойкости бетона с ОПФ в воде на начальном этапе твердения возрастает с 0,93 до 1,06, а после 360 сут влияния воды снижается, но не ниже 0,95-0,99.

Определено, что средняя скорость выщелачивания СаО из образцов без добавки изменяется от 0,35 до 0,05 мг ОаО/см2-сут в течение 360 сут, а'для образцов с добавкой ОПФ она изменяется с 0,2-0,27 мг/см*- сут - в начальный период воздействия воды на цементный камень до нуля - в течение 270-330 сут Нахождения бетона в Еоде. Чем больше содержание ОПФ в составе вяжущего, тем ниже скорость выщелачивания извести из структуры цементного камня.

Высокая стойкость образцов сохраняется и при воздействии силыюагроссивного &% - ного раствора- МчЗО, на бетон. За 360 сут влияния раствора МцЭО^ прочность бетона с ОПФ увеличилась с 40 до 48 МПа, т.е. на 20%. Наибольшую прочность имеют-образцы бетона, содержащие 20$ минеральной добавки ОПФ.

Коэффициент стойкости образцов с добавкой,находившихся в' растворе Ич804, превышает коэффициент .стойкости образцов без ОПФ, находившихся в той же среде.

Разрушение бетонных образцов с ОПФ происходит при их твердении в'растворах кислот. Зависимость прочности и коэффициента стойкости бетона ог времени нахождения образцов в растворе 0,25 моль/л Н бо^ надставлена на рис.2. Образцы бетона без добавки сильно разрушаются и за 360 сут их проч-

✓ ,

кость снижается с 35 МПэ до IS МПа, т.е. в 2,19 раза. При этом, значение коэффициента стойкости бетона снижается с 0,9 до 0,46. За тот же период прочность бетона, содержащего ОЛФ, снижается в зависимости от расхода минеральной добавки в составе вяжущего от 38-40 МПа до 25-28 МПа, т.е. в 1,4-1,5 раза, коэффициент стойкости уменьшается до 0,52-0,62.

•Установлено, что после 180 сут твердения в растворе серной кислоты больше всего теряют в массе образцы бетона без добавки. Наименьшие потери массы имеют образцы с 20% -ним содержанием ОПФ, что согласуется с характеристиками их стойкости.

Определение концентрации отработанных растворов H2S04 показывает, что основное взаимодействие продуктов твердения цементного камня с ионами н+ и SO~z происходит в период до 6 месяцев нахождения образцов в агрессивной среде,затем скорость взаимодействия компонентов цементного камня и раствора кислоты несколько снижается.

Время твердо шя бетона, мво. Рас. 2. Завясямость прочности (а) а коэффициента стойкости (б) бвгона соогава 1:1,51:2,57 при В/В =0,4 ог времени нахождения образцов в 0,25 моль/л 1^304 для составов вяжущего (цемент: ОЛФ: химическая добавка),I- 100:0:0; 2- 90:10:0; 3- 80:20:0; 4~ 75:25:0; 5- 80:20:0,05 декстрина; 6- 80:20:0,1 :-!СТ

Во все сроки. испытания стойкости бетона концентрация раствора, в котором находились образцы с ОПФ, значительно выше концентрации раствора, -где твердел бетон без добавки. В ' начальные сроки испытания разница в концентрациях растворов в среднем изменяется от 0,01 моль/л до 0,06 моль/л.

Аналогичная картина наблюдается при твердении бетона в растворе уксусной кислоты. В силу слабого влияния этой кислоты разрушение бетона . в растворе ОНВОООН происходит более замедлено, чем в растворе н2804.

Результаты испытания . прочности бетона, определения коэффициента стойкости и изменения массы образцов, а также измерения скорости выщелачивания Са(он)г из состава цементного камня и концентрации отработанных растворов кислот свидетельствуют, что при замене 10-25% массы цемента на минеральную добавку из отхода флюоритового производства (01®) ко только повышается прочность бетона, но значительно возрастает стойкость последнего в агрессивных средах. В растворах кислот бетон, содержащий ОПФ, разрушается, однако скорость его разрушения является существенно замедленной,- чем скорость разрушения бетона без добавки. ' ■

Исследовалась коррозионностойкость бетонов с ОПФ и химическими модификаторами на длительное действие дистиллированной воды и рас,твора 0,25 моль/л серной кислоты.

Изучение стойкости бетонов в агрессивных средах также подтвердило эффективность совместного введения молотого отхода и химических модификаторов. Так, при раздельном применении добавок прочность бетона в дистиллированной воде увеличивается . в среднем до 25Я по сравнению о прочностью бетона на чистом цементе, тогда как комплексное введение добавок приводит к возрастанию прочности Оэтона в среднем от 22,1 до 58,4% <в зависимости от состава и процентного содержания вводимых добавок).■ •

При совместном введении ОГО с химическими добавками количество выщелачиваемой извести снижается до 11,2 - 29,1% или в 1,2-1,4 раза меньше по сравнению с. раздельным использованием добавок в бетоне.

Прочность и стойкость бетона с увеличением времени воздействия кислоты снижаются, причем потеря прочности и стойкости пергне 6 месяцев сравнительно больше, чем в остальные

6 месяцев нахождения . образцов в растворе кислоты.

Из сравнения показателей стойкости образцов видно, что ' более низкую прочность имеют образцы, изготовленные на вяжущем с Юй-ным содержанием ОПФ, однако га прочность не снижается • низка 25 МПа. При этом коэффициент стойкости образцов не уменьшается соответственно ниже 0,51 и 0,53. Наиболее высокие показатели прочности в агрессивной среде .НгБ0^ имеют образцы, изготовленные на вяжущих, содержащих 20% ОПФ и 0,05% декстрина или 0,1% ИЛОТ (см. рис.2).

Рентгеноструктурный анализ (рис.Э) подтверждает ранее приведенные результаты физико-механических испытаний бетонных образцов, в частности данные о том, что бетоны, содержащие ОПФ с химическими модификаторами являются более стойкими в условиях воздействия сильноагрессивных сред. Поскольку в таких батонах количество образующегося Са(он)г и гидратированных цементных минералов всегда меньше, чем в цементном камне бетона без добавок и процесса коррозии с образованием гипса и разложением цементного, камня под влиянием кислоты имеют 'замедленную скорость. Поэтому бетоны с ОПФ и пластификаторами являются более - стойкими в растворах кислот.

В приложении к диссертации даны акты опытно-промыпывзнкых испытаний строительных растворов и бетонов с ОПФ, используемых при изготовлении строительных изделия и ' .конструкция.

• ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Проведеннпе исследования состава и свойств отходов флотационного обогащения флюоритовах руд Таковского горно-обогатительного комбината показали их пригодность для применения в качестве компонента цементных вякущих.

2. Разработаны технологии получения молотой минеральной добавки из отхода флюоритового производства (ОПФ) и бетонов с О®. Исследованы строительно-технические и технологические свойства цементных вяжущих, строительных растворов и бетснов о ОПФ.

Установлено, что при твердого!» в нормальных условиях образин бетона из цемента и ОПФ в ранние сроки после . изготовления твердеют медленное, чем из бетона 011$, но

Р*с.З. реигеиограммы Оегонши образцов, напившихся в течена& 30 сут в растворе 0,25 коль/л Н2504 Пр1 составе виаувгго теиекгОЩ^хжмвчесггя лобавка),*: а) 100:0:0; б) 80:20:0; в) 80:20:0,3 ИСТ;' г) В0:20:0,05 аекогряна; I - шщтшЗ сж>3, 2 - ваутреагай озой

f

в более поздние сроки твердения скорость упрочнения бетона с молотым отходом возрастает, а при оптимальных дозировках (15-20% от массы цемента) увеличивает прочность вяжущего в среднем на 20-25?.

3. Прозодоно' широкое исследование коррозионностсйкости цементного камня с добавками и показана эффективность применения декстрина и МЛСТ с целью увеличения стойкости бетошшх изделий в агрессивных средах.

Установлена целесообразность комплексного введения в состав бетонкой смеси молотой минеральной добавки ОПФ, и химических добавок: декстрина и МЛСТ.

Прочность бетонов, содержащих ОПФ и химические'модификаторы в среднем на 10-15" выше прочности, бетона с ОПФ и в среднем на 25-35Ж выше прочности бетона без добавок. Химические кодификаторы батона позволяют увеличить содержание молотого отхода в составе бетона до 25-30%, а следовательно снизить удельный расход цемента на эту величину при одновременном увеличении прочности Сетонов до 59-60 МПа.

4. Проведены исследования стойкости цементного камня при эксплуатации бетонов в различных агрессивных средах. Определены оптимальные составы вяжущих с.добавками, способствующие повышению коррсзионностойкости бетонов.

Испытания на прочность, расчет коэффициента стойкости, определение количества выщелачиваемой извести в дистиллированной воде и остаточных концентраций отработанных растворов кисло? и солей, а также химический и рентгеноструктурный анализы проб цементного камня бетонных образцов показали, что бетон с добавками меньше подвергается коррозии выщелачивания извести и разрушению под влиянием кислот и магнезиальных солей, и обладает более высокой прочность», водонепроницаемостью и корровионностойкостью, чем батога без добавок.

Установлено, что: .

а) водонепроницаемость бетона с добавкой декстрина в 1,5-2 раса, а его коэффициент стойкости в 1,6-1,8 раз выше аналогичных показателей бетона без добавки;

б) модифицированный лигносульфонэт технический (МЛСТ) повышает стойкость бетона в среднем в 2 раза;

в) бетоны с молотым отходом в условиях аграссирного двйстрия дистиллированной воды и раствора сульфата магния

повышают свою прочность с увеличением возраста твердения бетона: эа 360 суг наховдения ъ воде прочность бетона без добавки увеличилась с 34,5 Ша до 38 МПа или на < 10®, а • прочность бетона с ОПФ возрасла с 37 Ша до 61 МПа или на 30%; в растворе - соответствегга с 40 до 48 МПа или

нв 20%.- '•

В растворе серной кислоты при снижении прочности бетона без .ОПФ в 2,2 раза, прочность бетона с ОПФ уменьшается в среднем всего на 1,4-1,5 рая и за 360 сут коэффициент стойкости такого бетона не снижается ниже 0,52; ; г) большей стойкостью в агрессивных средах обладают бетоны, содержащие 10-25" ОПФ и 0,01-0,05% декстрина или 0,1-0,3% МЛСТ. Коэффициент стойкости таких бетонов в воде возрастает до. значения 1,2, а в растворах серной кислоты - до 0,7.

Таким образом, применение молотого отхода флюоритового производства позволяет:

- снизить удельный расход цемента в составе вяжущего в среднем до 25%, что в свою очередь способствует соответствующему уменьшению топливо- и энергоемкости производства цемента при сохранении природных ресурсов для выпуска цементов;

- сократить содержание клинкерных минералов в составе вяжущего, что способствует снижению вероятности развития коррозионных процессов в теле бетона;

- модифицировать составы обычных цементов с целью регулирования строительно-технических свойств бетонов, улучшающих его експлуатационше качества и повышающие долговечность бетонных и железобетонных изделий;

- утилизировать отходы ГОК и улучшить экологическое положение районов их выброса; ,

- снизить себестоимость бетонных изделий и конструкций.

По теме диссертации опубликованы следувдие работы:

Т. Фатхуллаэва Н.Х., Шарифов А. Влияние добавок на водогеяробнбсть и сроки схватывания цементов. /У Тезисы докл. раепубл. конф. молодых ученья и специалистов. Курган-Тюбе, 1991.- С. 20 - 21. •

тарифов А., Фатхуллаева Н.Х. Регулирование

У

водопотребносги и процессов схватывания цементов введением в их состав некоторых дойзвок. // Известия ВУЗов. Строительство. -1992. N 5-6. - С. 93 - 9(3.

3. Фатхуллавва Я.Х., Иэрифов А. Об использовании отходов флотационного обогащения ф.люоритовых руд в качестве минеральной добавки бетонов. // Материалы 1-ой Международной научно - техн. конф. "Снжекие материалоемкости продукции строительной индустрии", Ташкент, 1992.

4. Шарифов А., Саярахмонов Р..Фатхуллэева Н.Х..Радаабов И. Коррозионностоякость волиастонитсодержащих бетонов с добавкой декстрина. // Материалы 1-ой Международной научяо-техн. конф. "Снижение "материалоемкости продукции строительной индустрии", Ташкент, 1992.

5. Фатхуллаевэ Н.Х., Шэрифов А. Применение отхода флюоритовоп) производства с химическими пластификаторами в составе бетона. // Материалы Международной научно-техн. и учебно - методической конф. "Актуальные проблемы науки, технологий производства и образования", Чимкент, 1993.

6. Раджз'ов И., Фатхуллаева Н.Х., Сайрахмонов Р., Шари-фов А. Эффективные комплексные добавки для данентных вяжущих. // Материалы Международной конф. "Актуальные проблемы науки, технологий производства и образования", Чимкент, 1993.

Соискатель ■

Фатхуллаева Н.Х.

Fathullaeva N.H

" Cement concrete upgrading with fluorite ore enrichment waste"

RESUME

The paper depicts the results of R and D on introduction of fluorite ore flotation enrichment waate aa additive to concrete and mortar. The technology of this mineral additive production and implementation waa developed. Introduction of fluorite production waste to concrete in quantity of 20Jt of cement volume increaaea stiffness and decreaaea cement content.

Introduction of the additive increaaea cement concrete corrosion resistance to various nggresaive environraenta.

Concrete properties with chemical additives (modified industrial 1ygnoaulphonate and dextrine) were researched.Additives promote «aall porosity structure formation, increase impermeability and resistance to aggresaive environment.

The author notes the point of utilising the fluorite production ground waste with chemical cement modifiers that increases technological properties and strength and corrosion resistance. Additive quantities of 10-25JJ waste, and 0.01-0.05% dextrine or 0.1-0,S£ MIL were determined.

Wtiste utilisation in construction materials production lowers cement consuption and production costs,

hn effective way of enrichment facilitiea waate utilisation meeting »nvironment awareness aims was developed .

Фатхуллаепа Ы. X. "Демент бетоилар чидамлилиппш флюорит рудаларини боГштиш чнккндилари билан оширит".

дакдчл МАЗ/Ш

Илмпй иша, флюорит рудалариии флотацноп бойитвп караё-нида хосил булядиган чикиндиларшт ДЧ11Ч/ цемент боглагич, эритма па бетон таркибила минерал кУшиича сифатида фоГшала-нда 19ррясива 5таазилгац л!и>оратория ва таьсрийавай шчлао чикярига [.*лл:ий-кядарув иатикаларя келтирилгав. йШ ни тпШзр-лгш па уларии минерал кУшимча сифатила к?ллаш технологи ней итлаб чикилгаы, хамла ЙИЧ ни эптимал мзклорла /'¿0% цемент кассасядан/ бетон таркибигп тритии, олиналиган- махсулотлар чиламлилик характеристккасини лгсори ларавада яхпилаш !шко-ниятики бергашшгн ва ту билан бнр вактда цемент с ар фи ка-майганляги курсатнлгаи.

<ИШ ни яушимча сифатоа ¡¡шлатилтш: цемент бетонлпр-нинг хар хил агрессин мухитларла булааиган коррозия таьсир-ларигп ниобатаа чидамлилигиии хам купайтиради.

Илмий лгала, бетон хоссалатшшт хар хил хнккяввй кушим-чалар, льни модифякацичлапткрилган техник лигносулфопат ва декстрин билвн Узгариии хам урганилгап.'Уларнинг бетон цемент 'лугаи сгруктупасшмаг кайла говак иакллайвшила, еннг-днр.увчанлиги ни кадтйт.чриш ва агрессив мухит таъсирларнга ■чидамлилигини олшршплаги ёрл.лми куреаадлган,

Муаллифнинг к?рсатиб Утипича, майлалае.ган 'флюорит иилаб чпкарцга ччкишшлари ва х'шинвий мэлификчторларнинг бипгалик- . да кУлланилишн, махсулотларцинг технологии хоссаларини ?э-гартирибгина колмай, балки окори мустахкам ва коррозия таъ-сирларига чопмлик материалларнинг шаклланпшгп хам ёрдам берзди. Комплекс кУпимчаларнииг,- оптимал гаркяби куйилагича: 10-^ь 'К1Н ва 0,01-0,05^ декстрин, ёки 0,1-0,355 модифика-цияланпирнлган техник лигносулфонат.

'7-11Л нипг курилиш «атериаллари ишлаб чикаришда к/лла-нилиши, цемент сарфинн ва махсулот. таннархшш кампйтиришга иг,ион бор ми. .

■¡.л;\'и1! "ила, тог-боПмтии комбииатлари чладидиларплэп самарали фоидалаииш усу л и иилаб чиккмга«<а у бир вактда еаиоат чачонлари экологии холатини яхшилашла хам ёрдам беради.

Подписано в печать 18»05.94форыат 60x84/16 Буыара типографская. Печать офсетная. Усл.печ. лД Зак. зо Т'лр, хоо

ПИО НПИЦентр. 734042- Душанбе, ул. Айни, 14а