автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.05, диссертация на тему:Разработка новых ресурсосберегающих видов вяжещих и композиций с использованием плагиоклазовых отходов гоного производства

КРЫМСКИЙ ИНСТИТУТ ПРИРОДООХРАННОГО

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ И КУРОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

pro

1 ' ' На правах рукописи

РАЗРАБОТКА НОВЫХ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ВИДОВ ВЯЖУЩИХ И КОМПОЗИЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛАГИОКЛАЗОВЫХ ОТХОДОВ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

05.26.05 — Инженерная экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Симферополь — 1996

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Крымском институте природоохранного и курортного строительства на кафедре ПОК и СМ.

Научные руководители:

кандидат технических наук, доцент

Кирсанов С. Ф. и действительный член Крымской АН, доктор геолого-минералогических наук, профессор Тарасенко В. С.

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Лебединский В. И., кандидат технических наук, доцент Овчинников И. П.

Ведущая организация Госкомприроды Автономной Республики Крым

Защита состоится «13» июля 1996 г. в 11 час. на заседании специализированного совета К 20.04.02 в Крымском институте природоохранного и курортного строительства

(333000, Крым, г. Симферополь, ул. Киевская, 181).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Крымского института природоохранного и курортного строительства.

Автореферат разослан « ^ » ^^_1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета, к. т. н., доцент

Л. Д. СУББОТКИН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Целенаправленная деятельность по удовлетворенно потребностей хозяйства в минеральном сырье сопровождается нарушением сложившихся в природе связей. Совокупность нарушений рассматривается обычно в последовательности: воздействие - изменение - последствия.

Наиболее ощутимыми последствиями является нарушение почвы и природного ландшафта.

Более 402 общей площади нарушенных земель объектами горнопромышленное и коммунального происхождения являютср новыми, источниками загрязнения окружающей среды.' '.'Зона влияния породных отвалов более 1.5 километров. Необходима их утилизация, один из способов такой утилизации применение в строительных материалах и вяжущих.

• Это обстоятельство усиливается еде и тем, что ^аниная с 1991г. предприятия промышленности строитель рк материалов сократили объемы производства цемента на 1.1 млн. т. Сэддош^* аддуока цчыааш и металлопродукции стало основной причиной уменьшения производства сборных железобетонных конструкций и издели$, в то^ числе панелей для крупнопанельного домостроения. •

В связи с необходимостью решения жилищной проблемы и расширения строительства индивидуальных жирх до^ов возникла: потребность в применении недорогих минеральных ржущих ^ позволрщрх расширить сырьевую базу строительных материалов и бетонов за рчет использования отходов производств и побочных продуктов, К таки^ вяжущим могут быть отнесены шлакощелочшр. .

Использование бетонов ра шзркгащйлочных вяжущих решает ряд проблем: возможность применения местных некондиционных заполнителей, экономия тепловой энергии, утилизация отходов металлургических производств. Высокая и легко регулируемая активность шлакоще-лочного цемента дает возможность получать высокопрочные бетоны.

Но увеличивающийся в последнее время дефицит гранулированного шлака, являющегося основным компонентом шлакощелочных вяжущих, вызвал необходимость проведения разработок по замене части шлака альтернативным материалом из дешевого местного сырья, как искусственного (золы ТЭЦ), так и естественного. Последнее направление, учитывая жесткие требования санитарно-гигиенических норм, представляется предпочтительным.

На существующих карьерах в Украине ежегодно добывается около 10-15 шш.т. анортозита - горной породы магматического происхождения - на щебень,' бут, и декоративную облицовочную плитку. В процессе добычи камня, и его технологической обработки образуются сотни тысяч тонн нестандартной мелкой фракции, которая идет в отвалы и требует утилизации. я

Автором предложен и изучен новый вид вяжущего на основе молотого гранулированного шлака, затворенного щелочными растворами о добавками из естественных горных пород - анортозитов - анорто-вит-щдакощелочное вяжущее (АВДВ) и композиции на его основе.

Для комплексного изучения технологических и эксплуатационных свойств АЙЩВ и композиций, а тагана проектирования анортозит-щлако-щелочных бетонов (АВДБ) с необхЪдимыми параметрами,- требуются данные, определяющие процессы структурообразования' цементного камня и его прочностные характеристики. Для этого использовали методики, применяемые петрологами и петрографами при исследовании горных пород. Методологической основой такого подхода послужили исследования В.Д.Глуховбкого и его школы, показавшие, что формирование шла-кощелочных вяжущих происходит .при температурах и давлениях, близких к Р-Т условиям образования ряда горных пород!

Целью работы является разработка новых видов вяжущих и композиций с использованием плагиоклазовых отходов горного производства на основе теоретических и экспериментальных исследований, определяющих процессы структурообразования цементного камня и физико-механических показателей бетонов и композиций, заполнителями в которых могут служить пустые породы, хвосты обогащения руд и полезных ископаемых, отходы промышленных производств, золы и шлаки мусорных отвалов.

На защиту выносится: ' '

- оценка способности плагиоклазовых пород- анортозитов под ^воздействием щелочной среды, в Р-Т условиях полностью перекристал-

днговываться, что дает основание предположить; анортозиты в сочетании с граншлаками при затворенш щелочными растворами и тепдов-лажностной обработке будут выступать как гидравлические вяжущее вещество; практические исследования процессов структурообраэоания АШЦВ и композиций;

- оптимизация составов АЩБ, практическая возможность изготовления из этих бетонов конструкций оценка' фиакко-механических; и теплотехнических свойств стеновых материалов, изготовлен®« на

анортозит-известковощелочных композициях, а также возможность использования в качестве заполнителей отходов различных производств;

-экологическая ценность работы.

Научная новизна. Теоретически обоснована и практически подтверждена возможность создания новых гидравлических вяжущих и комПозиций на основе шлакощелочных вяжущих о применением плагиокла-ао&к отходов горного производства, что подтверждено авторскими сведёгёльсгйаш; определены минералогический состав вяжущего и вцд ¿фйстазшкескйх новообразований, возникающий в процессе твердения цементного камня; установлено, что анортозиты, в условиях щелочной среды, проявляют себя как слабогидравлические вяжущие вещества тратэдоонного Тверд ения'и-поэтому оказывают влияние на синтез прочности шлакощелочных бетонов как в виде тонкомолотой добавки в айжувфе, так и в виде заполнителя совместно с этой добав- • кой. Исследонана динамика роста структурной-прочности конструкционного АЩБ й стеновых материалов на основе анортозит-известковощелочных композиций, определены их физико-механические показатели.

й песМ "Й^ТП/ — -------------- _

--------.—------»-^».м . ■...~ ъ^лигиж .Л иЛС?—

дует рассматривать как новую эффективную разновидность бетонов, которая в Практике строительства может быть использована как для неармировавных, так и армированных, в том числе и преднапряженных конструкций зданий и сооружений.

По результатам исследований АЩВ разработаны и внедрены в

производство: .

- предложения по подбору составов сырьевых смесей;

- технологические регламенты на выпуск стеновых камней и ги-йерпрессованного кирпича;

" - материалы стеновые и железобетонные изделия.

Практическое значение, _ 'работы* _ Анортозиты из отвалов можно рассматривать как новый 'пе]йпйстйвшй "вид сырья для анортозит-ша-КОЩёгочаого вяжущего и жортозйг-^вестково-щелочных композиций. На бгжйЁй этого вяжущего могут 'бйть ЗййуЧены конструкционные бетоны классов В 7.5...В25, 'по своим 'Хфайтарибтикам не уступающие Обычным ааакощедочным и цемейтнйм бетонам.

0б5СШва8й0с£ь. „и достовёрйоШ>- научных МдоженйУ.-и выводов подтверждается экспериментальными Данными, _ порученными на основе физико-механических методов исслёдованйй, сгатис'тйческим анализом аолучешшх еааясимостей с доверительной вероятностью 0. 95.

Апробша работы. Основные положения •диссертащш доложены и

обсуждены на Третьей Всесоюзной - научно-практической конференции "Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции" (Киев,1989г.) на республиканских научно- технических конференциях "Применение отходов производства - основной резерв строительства" (Севастополь, 1390г), "Экологические проблемы застройки Крыма (Севастополь, 1990г.), "Эффективность приме^ния пористых заполнителей и легких бетонов в строительстве" (Севастополь, ноябрь 1990г.), "Актуальные проблемы снижения материалоемкости в строительстве" (Севастополь, 1991г.), на 2-ой Всесоюзной научно-технической конференции "Вопросы надежности и оптимизации строительных конструкций и машин" (Севастополь, 1992г.), на П-ой Международной конференции "Материалы для строительства" (Днепропетровск, 1993 г), на научно-технических конференциях Крымского института природоохранного и курортного строительства ( Симферополь, 1988 - 1994г.), на заседании секций "Экология и мир" Крымской АН (Симферополь, 1994г.)

Внедрение разультатрв исследований. Разработаны и внедрены в производство ТУ 40.01193610.002-93 "Камни арболитопесчанобетонные стеновые пустотелые", ТУ 40.01193610.003-93 Кирпич гиперпрессованный полнотелый.. " ^

Результаты исследований прошли прошЕхленнув проверку.и внедрены на Феодосийском ДСК и строящихся объектах агрофирмы "Победа" Белогорского района Республики Крым.

•Публикации. В ходе работы : над диссертацией получено три авторских свидетельства на изобретение, Европейский патент и патент США. По результатам проведенных исследований, имеется двенадцать публикаций. '

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Предпосылками возможности реализации вяжущих свойств соединений щелочных металлов в строительстве служат геологические данные %о генезисе осадочных и метаморфических горных пород и породообразующих минералов, их слагающих.'

Анализ этих сведений позволяет заключить, что в земной коре и. на ее поверхности широко распространены водные и безводные щелоч--ные , щелочноземельные и щелочно-щелочноземельные силикатные образования.

В условиях низкотемпературного гидротермального метаморфизма, который протекает в земной коре при относительно низких температурах и давлениях, процессы превращения горных пород также сопровож-

даются гидратацией полевошпатных минералов и формированием щелочных водных новообразований. По существу и направленности они аналогичны процессам, происходящим в зоне осадконакопления и при гидратации строительных цементов.

Природные процессы метаморфизма приводят к глубоким изменениям минеральных образований вследствие приноса или выноса щелочных веществ циркулирующими перегретыми водными растворами. Они выражаются в отщеплении иди связывании щелочей, кристаллизации гидрослюд, слюд, цеолитов, которые в условиях термального метаморфизма затем перекристаллизовываются в альбит, ортоклаз, фельдшпатиды и т.д.

Разновидностью щелочно-щелочноземельных алюмосиликатных цементов являются шлакощелочные.

Шлакощелочные вяжущие представляют собой гидравлические вещества, получаемые путем тонкого измельчения гранулированного шлака совместно с малогигроскопичными соединениями щелочных металлов или.затворения молотого шлака растворами этих соединений.

Гидравлическая активность шлаков обусловлена наличием в них алюмосиликатов кальция и зависит от из структуры - соотношения кпистиштоеги-л а стег'-г^пдпс:: Í—. Пр:: »¿д^Ндйм ил-аатдении шлаков образуются крупные хорошо оформленные кристаллы минералов, обладающие незначительными вяжущими свойствами или вовсе лишенные их. Гидратация быстроохлажденных шлаков с большим количеством стекловидной фазы происходит значительно активнее. Чем быстрее охлажден шлак, тем выше его активность. Резкое охлаждение шлакового • расплава достигается грануляцией: мокрой, полусухой и сухой. При мокром способе грануляции количество стекловидной фазы оказывается наибольшим - 40...95%

В качестве щелочных компонентов шлакощелочных вяжущих наиболее широко используют соединения щелочных металлов первых трех групп : 1) едкие щелочи; 2) несиликатные соли слабых кислот; 3) силикатные соли (растворимые стекла); 4) соединения 4 группы - щелочные алюминаты.

Оптимальное содержание щелочных соединений в шлакощелочном вяжущем в пересчете на NagO. составляет около 57. - 157. массы шакз.

Физико-химические процессы при твердении шяакощелочных вяжущих по своей сути во многом подобны реакциям, происходящим при формировании структур портландцементного камня. Продукты из гидрзтации представляют собой твердые гидраты щелочных алюмосиликатов, низкоосновных силикатов кальция и кремнекислого.

Анортозиты существенно плагиоклазовые породы, широко развитые в докембршских метаморфических толщах.

Происхождении анортозитовых массивов приурочено к ранним этапам развития и является уникальным событием в истории Земли.

Интерес к происхождению анортозитов в последние годы еще более возрос в связи с их открытием, ga Луне, где они слагают наиболее древние комплексы пород, распространенных - на поверхности -лунных материков. На Луне анортозитообразование занимало относительно небольшой промежуток времени, приуроченный к самым ранним эпохам ее магматизма. На Земле' же наряду с раннеархейскими широко представлены анортозиты с радиогенным возрастом 1.7 млрд.лет, т.е. анорто-зитообраэбвание на Земле продолжалось несколько миллиардов лет .

Анортозиты Украинского щита представлены лабрадоритаыи Корос-тенского и Новомиргородского плутонов.

Самыми крупными массивам}? основных пород Коростенского ллутона являются Володарск-Волынский (1250 км2) и примыкающий к' нему с северо-востока Ченовичский (830 км2). Вокруг них расположен ряд более мелких массивов - Ушомирский, Кривотинский, Федоровский и др. Корсунъ-Новомиргородскии плутон состоит из пяти ^аббро^анбртозито-вых массивов, самые крупные из которых. Новомиргородский, Семилянс-кий и Городищенский.

R составе анортозитовых массивов ведущая роль принадлежит габбро-анортозитам и анортозитам, слагающим 70...907. площади мас-сизоз. В преобладающих габбро-анортозитах главный породообразующий минерал - плагиоклаз- составляет 75.. .901. Он образует крис- . таллы размером от нескольких до 10...15 см. В анортозитах на долю плагиоклаза приходится 90...98%. , породы крупногигантозернистые, кристаллы плагиоклаза от нескольких до 30 и более сантиметров.

Образование анортозит-гранитной ассоциации плутонов Украинского щита - многофазный процесс: фаза 1 - внедрение подкоровой габбро- знортозитовой магмы с возникновением крупных пластообразных 'тел, в разной степени расслоенных на анортозиты, габбро-анортозиты, лейкократовые габбро; фзза II - генерация и внедрение коровой магмы гранитов рапакиви с активным приконтактным преобразованием-анортозитов, .сопровождавшимся формированием зональных рудоносных комплексов, ' , '.

Внедрившаяся в фазу II становления плутонов гранитная магма была высокотемпературной температура гомогенизации расплавленных включений в кварце биотит-амфиболовых гранитов рапакиви составляет

810-830 °С. В прогрессивную стадию магматического процесса при активном подтоке щелочных флюидов проявилось'магматическое замещение анортозитов о образованием среднезернистых оливин-пироксеносодер-жащих гранитов, часто-облекающих анортозитовые массивы.

В зкзоконтакте гранитов образовались метасоматические колонки. Минеральные превращения в анортозитах и габбро-анорюзитах происходили в твердом состоянии под воздействием циркулировавших флюидов и растворов. Преобразования анортозитов были длительными и проходили в большом интервале температур и давлений, о чем свидетельствует смена минеральных ассоциаций Р, Т - условий метаморфизма с образованием зональных комплексов : 1) анортозит-габбро-анор-тозитозый ( центральный'.), .2) монцонит-норитового (краевой) и 3) монцонит-перидотитового (в зонах разломов).

Поскольку в природных условиях происходят контактные изменения в анортозитозых массивах под воздействием гранитов с образованием контактно-метасоматических зональных комплексов, автором было предположено, что при тепловлажностной обработке в условиях щелочной среда будет происходить серия реакций преобразования и. особенно анортозит-граншлаковых композиций, с.образованием новых мине-Р'^П-Г' ¿¿л лимшшкиного вяжущего. .

Методика проведения экспериментов. •

При изучении анортозитов и шлаков, а также вещественных составов продуктов гидратации анортозит-шлакощелочных вяжущих и анортозит-известковых вяжущих композиций широко использовались современные минералого-петрографические методы исследования: оптические в проходящем и в отраженном свете, гранулометрический анализ, ренге-ноструктурный и термический анализ. Эти анализы дают возможность констатировать глубокие превращения, происходящие в процессе взаимодействия всех компонентов изучаемой системы.

Для проведения экспериментов шлак доменный гранулированный и анортозит измельчали . в шаровой мельнице со скоростью вращения барабана 60 об/мин. Известь - в лабораторной шаровой мельнице "40мл" в соответствии с требованиями ГОСТ 310.1-76.

Тонкость помола полученных порошков определяли ситовым методом путем механического просеивания через сито 008 со скоростью 35 об/мин. Удельную поверхность тонкомолотых компонентов : шлака, анортозита, извести: определяли на пневматическом поверхностнометре ПСХ-4. . ; •

Основной объем исследований выполнен с использованием в качестве крупного заполнителя Крымского щебня из мраморного известняка, а в качестве мелкого - днепровского кварцевого песка.

Образцы анортозит-шлакощелочного вяжущего и анортозит-извест-ковощелочные композиции при определении активности, рентгеноотрук-турного, химического анализа ¡и ИК-спектроскопии изготавливали из теста нормальной густоты в соответствии с требованиями ГОСТ ЗЮ.З-76 и РСТ 5024-83, стандартных размеров в металлических формах по ГОСТ 310.4-81. Дозировку компонентов осуществляли с погрешностью ±1%. После перемешивания сухой смеси в течение 1 мин., ее затворяли водный раствором щелочного компонента заданной плотности до консистенции теста нормальной густоты и затем перемешивали еще в течение 2.5 мин. Общее время перемешивания составило 3.5 мин.

Уплотнение осуществляли на виброплощадке с амплитудой колебания 0.4-0.5 мм при частоте колебаний 2800 кол/мин. Общее время уплотнения составляло 2.5-3 мин. '

Отформованные Садочки, подвергаемые тепловлажностной обработке, предварительно выдерживали в течение 2 часов во влажностных условиях, а затем .пропаривали по режиму (2 + 6 + 3)ч. при температуре изотермического прогрева (80±2)°С ,и .относительной влажностью,. (85±5)%.. Распалубливали образцы нормального твердения • на третьи сутки. Испытание проводили через 28 суток по ГОСТ 310.4-81.

•Прочность образцов, подвергшихся обжигу, определяли по методике ГОСТ 4071-80. .

Бетонные смеси готовили в бетоносмесителе принудительного . действия в соответствии с требованиями ГОСТ 10180-90. Дозировку компонентов осуществляли с погрешностью ± 2%

Уплотнение бетонной смеси осуществляли на виброплощадке с амплитудой колебанания 0.4-0,5 мм,-частотой 2800 кол/мин. .

Время вибрации составило 20-30 сек.

Образцы, подвергаемые тепловлажностой обработке, выдерживали в течение 3 часов во влажных условиях, а затем пропаривали по режиму (2 + Ю + 3) ч, при температуре изотермического прогрева (80±2)°С. . Пропаренные образцы распалубливали и испытывали. ,."' ,

При определении класса бетона за базовые образцы были приняты кубы, размером 15 х 15 х 15 см и призмы 10 х 10 х 40 см. Кубы и призмы испытывали сериями, количество образцов определяли в соответствии с ГОСТ 10180-90.

С целью определения влияния анортозитов на активность шлзкоще-

лочных вяжущих и характер возникающих в процессе тс твердения новообразований, рассматривался процесс их взаимодействия с насыщенными растворами силиката натрия и карбоната натрия в условиях про-паривания и после обжига при Т - 1000°С.

Анортозит-шлакощелочные вяжущие изучались с использованием методик, применяемых петрологами и петрографами прл использовании естественных горных пород и минералов. Методической основой такого подхода послужили исследования В.Д.Глухсвского, которые показали, что формирование шлакощелочных цементов и бетонов происходит при температурах и давлениях, близких к Р-Т условиям.образования ряда горных пород и минералов. .

Результаты рентгеноструктурных и термических исследований, а также Ж - спектроскопия продуктов взаимодействия анортозитов и шлаков со щелочными компонентами показали, что сразу.же после про-паризаяия , независимо от вида щелочного компонента образуются минералы типа геленита, бредигита, пирсонита. Причем перекристаллизация происходит вокруг зерен плагиоклаза и за счет плагиоклаза.

В анортозит - известковощелочных композициях после пропаривання и после 1-4 и 28 суточного твердения в нормальных условиях зафикси-~;дрсс;1л;;на1в Нлаоиил леаалшсимо от вида щелочного компонента. -ректгеноструктуркый.анализ зтих композиций дает возможность констатировать существенные преобразования, происходящие в процессе взаимодействия анортозит-известкозого продукта со щелочами.

На дкфрактограмме • четко проявлены рефлексы гидросиликата кальция с с! - 2.8 х 1О~10м.

Появление гидрата, силиката кальция подтверждается Ж - спектроскопией. Полосы поглощения (1650, 3250, 3370, 3515 см) свидетельствуют о присутствии кристаллического вещества с цеолитоподоб-ной структурой/ наряду с присутствием в композиции плагиоклаза и кальцита. Тонковолокнистый гидросиликат кальция формирует . своеобразный каркас цементной массы. При увеличении (1б0х) отмечзотея участки, сложенные бесцветными пластинчатыми или призматическими кристаллами гкдросиликата кальция с высоким двудреломлением.

В процессе исследований были , изучены минеральный состав, и прочностные характеристики различных . типов ансртозит-шлачощелоч-ных, анортозит-известковощелочных цементных камней. В основе композиций использован гракзлак Запорожского металлургического завода.

Анортозит-илакощелочные цементные камни, образованные си&тв-

Рис. 2 Рентгеноструктурный анализ анортозит-язвестковощелочных композиций

• - и -

нием граншлака с анортозитом и щелочными компонентами, характеризуется более полной раскрасталлизацией композиции. Новоообразован-ные минepai[ы представлены фатеритом, бредигитом, геленитом и пир-сонитом, идентифицируемых более полным набором интенсивных дифракционных рефлексов.

О присутствии в образцах анортозит-влакощелочных камней гид-ратированного Са - алюмосиликатного стекла граяшака свидетельствуют интенсивные "полосы поглощения гидроксильных групп - 1300-1600 см, а также глубокие эндотермические эффекты Ю0-150°С, обусловленные удалением адсорбированной воды из гелеобразных гидратиро-вакных образований. Постоянно проявленные на термограммах эндотермические эффекты 450-570°С и 730°С указывают соответственно на удаление воды при дегидратации Са(0Н)г и диссоциации СаСОз.

После обжига образцов при температуре 1000°С образовались волдастонит и геленит, в виде реликтовых минералов сохраняются плагиоклаз и кварц.

. В целом, для изученных анортозит-шлякощедочных цементных камней характерно широкое развитие кристаллических минеральных фаз, представленных фатеритом, бредигитом и геленитом среди гидратиро-ванной Са-алюмосиликатной массы граншлака. .Молотый анортозит, вероятно, явился не только активной минеральной добавкой, способствовавшей кристаллизации граншлака с образованием гидратированных гелей, кристаллогидратов и безводных Са-силикатов, но и явился одним из компонентов вяжущей смеси.

Под микроскопом при большом увеличении наблюдается развитие кристаллических новообразований типа гелекита-фатерита-бредигита по плагиоклазу , а также своеобразные ореолы более полной раск-ристалдизованной массы граншлака вокруг плагиоклазовых зерен.

В анортозит-известково-щелочных . композициях установлена новая кристаллогидратная минеральная фаза- гидрат силиката кальция, ..определяемая по характерному рефлексу на дкфрактограммах с й-2,93; 2,83; 2,62)хЮ""10м.

На термограммах четко проявлены эндотермические эффекты: 100-150°С - удаление адсорбированной воды, . 200-300°С - разложение гидрата силиката кальция, . 450-500 . °С - дегидратация и 730-850°С, -диссоциация.'

Под микроскопом при большом увеличении (16Ох) удается наблюдать развитие псевдоморфоз гидросиликата кальция по плагиоклазу. Кристаллогидраты образуют тонковолокнистые агрегаты зсаО-ЕЮг'НгО

! низким даупрелоидением (0.020) и яркши цветами интерференции. )тмечается зональное замещение плагиоклаза гидросиликатами кальция 5 периферии зерен и по плоскостям спайности.

Тагам образом, изучение анортозит-известковощелочных смесей юказало, что плагиоклаз анортозитов может выступать в качестве юставного компонента вяжущей смеси, при твердении которого проис-содит образование гидросиликата кальция.

Это позволяет заключить, что анортозиты в условиях щелочной :реды проявляют себя как слабогидравлические вяжущие вещества гид-затационного твердения и поэтому оказывают влияние на прочность макощелочных бетонов как в случае, если вводятся в вяжущее в виде гонкомолотой добавки, мак и в случае, если используются в виде за-юлнителя, совместно с этой добавкой.

Моделирование составов анортозит-шлакощелочных бетонов

Приведенные данные о вещественном составе продуктов гидратации аяортоэит-шлакощелочньвс вяжущих дали основания для использования общих принципов при подборе состава бетонных смесей на из

Поставленную задачу решали с помощью метода математического плакирования эксперимента, применяя полный 4-х факторный эксперимент."

Этот метод предполагал выбор наиболее существенных факторов и диапазона их варьирования для,определения выходных параметров -прочностных характеристик бетона.

Эксперименты проводили по матрице планирования для плана В4 с последующей статистической обработкой. Основные влияющие факторы рассматривали на трех уровнях: верхнем (+1), среднем (0) и нижнем (-1), (табл. 4.1. а, б, в).

В качестве факторов, характеризующих- вяжущее, приняты: расход тонкомолотого гранулированного доменного шлака (Х1) и доля тонкомолотого анортозита в составе вяжущего (ха). Уровни варьирования этих факторов определены так, чтобы максимально исследовать систему шлак- анортозит.

В качестве фактора, определяющего состав смеси заполнителей, является доля песка в смеси о крупным заполнителей (хэ).

Оакторсм, характеризующим влияние щелочного компонента на всю исследуемую систему,, принята его плотность (хд). Уровни варькрова-

о

ния этого фактора выбраны так, чтобы максимально исследовать изменения прочностных показателей бетона.

Результаты опытов обрабатывали'с помощью методов математической статистики при доверительной вероятности 95" , получая зависимость между выходными параметрами "У" и влияющими на них фзкторами в виде полных квдратичных уравнений регрессии. Эти уравнения имеют

ВВД :

для бетонов на соде кальцинированной:

У - 27 + 1.92710X1 + 2.27904Хз + 1.22479X12 + 1.97479Х22 + 0.31979 Хз2 - 1.80521Х42; (1)

для бетонов на содощедочном плавен . ■ > . У - 31.29 + 1.82924X1 + 2.14616Хз + 1.20657X4 + О.8ОЗ6Х12 + + 2.45360Х22 + О.ЗБЗбХэ2 - 1.7964Х42 (2)

• для бетонов на натриевом растворимом стекле У - 45 + 0.82844X1 + 2.04057Х3 + 1.55680X4 - 0.р0171Х12 + + 0.39829Х22 --'2.60171ХЭ2 - 1.65171Х42 + 0.750Х1Х2 (3)

Построены номограммы, устанавливающие зависимость между выходным параметром - прочностью и расходом составляющих компонентов бетонной смеси. Определено, что наибольшее влияние оказывает расход шлака и соотношение между мелким заполнителем и крупным.

Переход от менее активного щелочного компонента (кальцинированной соды) к более активному (жидкому стеклу) при одинаковой плотности раствора щелочного компонента повышается прочность АШЩБ на 30-40%.

Строительные материалы с применением анортозита.

Опытную партию неармированного АПЩБ изготавливали из класса по прочности на осевое сжатие В25.

Класс бетона определяли на кубах с ребром 15 см., призменную прочность - на призмах размером 10x10x40 см.

Композиционную смесь подбирали на кубах 15x15x15 см., применяя некондиционные заполнители. После предварительных исследований, отформована опытная партия стековых камней.

Формование опытной партии камней из подобранных смесей осу-

ществляли с учетом требований ГОСТ 6133-84 на полуавтоматической формовочной установке путем виброуплотнения.

Проведенные исследования позволили установить, что морозостойкость и истираемость АЩБ находится в тех же пределах, что у обычных портландцементных и шлакощелочных бетонов. При этом класс бетона составил В 25, марки по морозостойкости ке ниже F100, коэффициент истираемости - 0.37.. .0".4& г/.см3. Поэтому АЩБ могут использоваться для изготовления конструкций, подвергаемых действию попеременного замораживания и оттаивания, или подвергаемых действию истирания (например, лестничные марши, дорожные плиты и т.д.)

Проведенные исследования по. созданию,бесцементных материалов показали, что тонкомолотый анортозит в сочетании с' активизаторами (щелочами, известью) может использоваться как самостоятельное низкомарочное вяжущее для стеновых"материалов: кирпичей, камней, стеновых блоков марок 25...50, изготовление которых может осуществляться путем гиперпрессования или виброуплотнением.

Разработаны .составы . анортозит-известковощелочных 'смесей для стековых камней; Определены-физико^механйческие и "теплотехнические характеристики камней,'изготовлении» г- раа^шчмыл видов

заполнителей Установлено, что эти характеристики удовлетворяют требованиям ГОСТ 6133-84 : марка камней 25...35, морозостойкость F15...F25,. теплопроводность 0.22...0.39 Вт °С/м2ч

Заполнителями для бетонов на обоих видах вяжущего могут быть как природные, так и отходы камнепиления, золы и шлаки мусорных отвалов, пустые породы терриконов, отходы лесозаготовок.

Все перечисленные отходы не являются токсичными.

Кроме того, учитывая рекомендации Минздрава УССР "Радиацион-но-гигиеническая оценка стройматериалов, используемых ч гражданском строительстве УССР" от 24.08.87 и классификацию строк'тгериа-лов по суммарной удельной активности естественных радионуклидов, разработанную Ленинградским НИИ радиационной гигиены Кинздрна Рсс-сии, компоненты вяжущего (шлак и анортозит) прошли радиационный контроль. Они относятся к стройматериалам 1-го класса и могут быть использованы з строительстве жилых и общественных зданий б es ограничений.

- 18 -ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Доказано и. экспериментально подтверждено первоначальное предположение, что в условиях щелочной среды, температуре и давлении близких к Р-Т условиям происходит преобразование анортозитов и, особенно анортозит-жлакощелочных и анортозит-известкоаощелочкых композиций, с формированием новых минеральных фаз, что характерно для комплексного вяжущего. ■ •

2. Установлено рентгеноструктурным, термическим анализом и ИК-спектроскопиэй, что новообразованные минералы в анортозит-шла-кощелочном вяжущем представлены галенитом, фатеритом, бредигитом среди гидратированной Са-алюмосиликатной массы граншлака. Развитие кристаллических новообразований происходит по плагиоклазу, более полная раскристаллизация граншлаковой массы возникает вокруг плагиоклазовых зерен. Поэтому можно утверждать, что анортозит активизирует всю систему, выступая в качестве одного из компонентов вяжущей смеси.

В анортозит-известковощелочных композициях происходит развитие гидросшшката кальция по плагиоклазу. Кристаллогидраты образуют тонковолокнистые агрегаты ' • трехкальциезого гидросиликата ЗСаО'ЗЮг'НгО или более . крупные пластинчатые и призматические кристаллы двухкальциевого' гидросиликата гСаО-БЮглНгО. Выявлено зональное замещение плагиоклаза (в тонкомолотом) анортозите гидросиликатами кальция с периферии зерен к плоскостям спайности.

3. В работе показано, что плагиоклаз анортозитов может проявлять себя в качестве самостоятельного компонента вяжущей смеси. Поэтому анортозиты, в условиях щелочной среды выступают как слабогидравлические вяжущие вещества и оказывают влияние на прочность бетона в двух случаях; если вводятся в виде -токкомолотой добавки или если будут использоваться в виде заполнителя совместно с этой добавкой.

4. В ходе эксперимента, проведенного методами математического планирования установлена зависимость между классом АПЩБ и расходом его составляющих компонентов (по массе). Наибольшее влияние на эффект повышения прочности бетона оказывает расход шлака и соотношение между мелким и крупным заполнителем, количественно это соотношение равно 0,3. При снижении расхода шлака на 40% и замене его тонкомолотым анортозитом прочность бетона не уменьшается.. Таким

збразом применение тонкомодотого анортозита является рациональным технологическим приемом при оптимизации составов шлакощелочных бе-гонов. Положительное влияние анортозита на свойства бетонной смеси звязано с улучшением структурно-механических свойств, формирование соторых вызвано более полной раскристаллизацией шлака.

5. Показано, что морозостойкость и истираемость акортозит-шла-сощадочных бетонов находятся в тех же пределах, что у обычных юртландцементных и шлакощелочных бетонов. Полученные данные поз-золяют обоснованно утверждать о долговечности и эксплуатационных сачествах анортозит-шлакощелочных бетонов, которые зависят главным збразом от структурных особенностей в составе новообразований, юзникающих в вяжущем.

6. Разработаны составы анортозит-известковощелочных компози-щй, из которых отформована опытная партия камней стеновых.

Определены их физико-механические характеристики. Установлено, 1то плотность таких камней ниже, чем у обычных бетонных, а теплоп-гаводность находится в пределах Q.22...0.39 Вт/м°С. Достаточная фочность (25..',35 Мпа) и морозостойкость (F15. ..F25) обеспечивается благодаря '"интенсивному, углублению процессов гиттпатагтт» с :сп::с-м ¿¿смвпи под воздействием ' щелочной среды.

7. Экспериментальным путем доказана высокая эффективность шортозит-шлакощелочных вяжущих при утилизации зол и шлаков мусорок отвалов, а также возможность использования хвостов обогащения зуд, пустых-пород терриконов Донбасса. Поэтому разработанная тех-юлогия имеет выраженную экологическую направленность.

, 8. Результаты исследований были использованы при разработке технических условий ТУ40.01193810.002-93 "Кирпич гиперпрессованный юлнотелый"

Опыт внедрения стеновых материалов и бетонов на основе АЩВ в шлищаом строительстве (Феодосийский ДСК) показал их высокую эффективность и целесообразность применения.

Основные положения и результаты . диссертационной рабогы отражены в следующих публикациях:

1. A.C. 1587859 СССР. Огнеупорная масса для футеровки теплоььс агрегатов / Сургучев В.Г., Тетиор А.Н..Щербина Г.В. и др.

2. A.C. 1662981 СССР. Композиция для изготовления жаростойки: материалов / Сургучев В.Г., Тетиор А.Н., Щербина .Т.В., Го-довченко И.В. , Махновский Л.П.

3. A.C. 1830387 СССР. Вяжущее /Крисанов С.Ф., Тарасенко B.C. Щербина Т.В. - В.И. к4.-1993г.

4. Щербина-Т.В. Использование местного сырья при производств! стеновых материалов// Материалы конференции : Актуальна проблемы снижения материалоемкости в строительстве.-Севастополь. -1391.-С.47-48.

5. Щербина Т.Е., Тарасенко B.C. Вопросы оптимизации низкома-рочкых композиций с использованием природного сырья дд конструкций жилищного строительства // 2-я научно-техническая конференция.-Севастополь, 1991.-С.105-106.

6. Щербина Т.В, Строительные материалы с использованием обогащения горных пород //Сб.' конф. применение отходов произ-

. водств - основной резерв строительства.- Севастополь 1990.-С.247-248.

7. Щербина Т.Е. Жаростойкий бетон на основе отходов промышленных производств // Сб. конф. применение отходов производств - основной резерв строительства.- Севастополь, 1990.-С.258-259.

8. Щербина Т.В. Отходы обогащения горных пород - сырье до производства стеновых камней // В сб. : Экологические проблемы застройки Крыма.-Севастополь, 1SÔ0.-C.70-71.

9. Щербина Т.В. .Жаростойкий бетон гидравлического твердения /, Шлакощелочаые бетоны, цементы и конструкции î Тэз.докл. 2-\ Всесоюзный конференции. - Киев: КИСИ.-1989.-С. .-

10.Щербина Т.В., крисанов С.Ф., Тарасенко B.C. новый вид вяжущего и его СЁОйства //Тез. докл. П Международной конференции. -Днепропетровск ; ДИСК.-1993.-С.147-148.

11.European Patent office Nr 88909405.8. - Composition foi making artificial . stone materials designated states -Scherbina T.V.-Brevpatent.-1989.

12,Untt9d States Patent. Nr S.022.925. Composition for preparing artificial stone materials / v.G.Surguchev, T.V.Schwbina and other. - Commissioner of Patents and Trademarks.-1991.

Щербина Т.В.

разрсбка яозих рвсурсозберггаючих видхв в'яжучих та. композиций з використанням. плагЮклаэових вхдходхв горного виробнитс-тва.

Диссертация на здобуття вченого ступени кандидата тех-яичних наук . за спец1альностьв 05.26.05. 'Чнженерна эколоПя" , ' Кримський 1нст1тут' прщгадоохоаяиогп ^ курортного оудавництза,'Симферополь, 1998.

Эахищаеться дисертац1йна робота, що мхстить реэультати теоре-ичких та экспершентадъних досладдень в1 гзлуз1 розробки нових ре-урсозберагаючих видхв в'яжучих та композищй з використанням дагЮкдаэових вгдхсдхв гарного виробництва - анортозит1в.

Анортозит - шдаколужн1 в'яжучи та бетони сл1д разглядати, як озкй ^фективний буд!вельний матеразл, який в практад виробницт-а можд Сути використований, як для; неармовангос, так 1 армованих, тому* числ1 преднапружеиих конструкций.

. Виробничий випуск анортозит-шлаколужн1х бетон1в та композицгй Д1ЙСН5Н!'Щ на Фзодос1йському ДБК, 1 агрсф1рм1 "Переыога" ШПрського району Рэспубл^ки Крим.

Кдачови слоза: аяортозит, плагиоклаз, анортозит-шлаколужни1, нортозит-язпяолужя!, бФТОЮЦ СуШШ! МЩН1СТЬ та стиск.

Scherbena T.V.

The working out of new resource-care types of. astringents and compositions with using of plagioklaze's waste in mining industry.

Speciality No 05.26.05 "Ingeneering ecology"

Crimean Institute of Nature-care and Health resoct. Build!

Simferopol, 1996

Defencing work, which includes the results of teoretical and experimental researches in the field of the working out of new resource-care types of .astringents and •• compositions with using anortozite's waste of minihg industry.

It is determined, that anorthosite's is not' only active mineral addition, but it turned out to be oqe of the components of the' astringenting mixture, and therefore in the alkaline medium affect on the concrete's strength : if you leading in as a disperse addition or using a^ filler with this addition.

. Tests confirmed exploit qualities anorthosite - slag alkaline concretes and compositional whallfs materials.

Key words:

anorthosites, plageoklas, ' dispersed systems, concrete mixes, compesive strength.