автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Строительные материалы гидратационного твердения из низкоосновных доменных шлаков

На правах рукописи

ГОНЧАРОВА МАРИНА ЮРЬЕВНА

ГРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ГИДРАТАЦИОННОГО ТВЕРДЕНИЯ ИЗ НИЗКООСНОВНЫХ ДОМЕННЫХ ШЛАКОВ

Специальность: 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Белгород - 2000

Р Г Б ОД 2 8 МАР 2909

Работа выполнена в Белгородской государственной технологическо! академии строительных материалов (БелГТАСМ)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Ш.М. Рахимбаев

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

В.И. Калашников, кандидат технических наук, доцент М.В. Сопин

Ведущая организация - Открытое акционерное общество

"Научно-исследовательский институт по проблемам Курской магнитной аномалии им. Л.Д. Шевякова", г. Губкин

Защита состоится 19 апреля 2000 года в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 064.66.01 в Белгородской государственной технологической академии строительных материалов по адресу: 308012 г. Белгород, ул. Костюкова, 46, БелГТАСМ, аудитория 242 главного корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БелГТАСМ.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 308012 г. Белгород, ул. Костюкова, 46, БелГТАСМ, отдел аспирантуры.

Автореферат разослан - /3 " марта 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н., профессор

А. Г. Юрьев

Н 335,(9

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Широкое использование шлаков для производства строительных материалов и изделий позволяет значительно снизить энергоемкость строительного комплекса и расширить его сырьевую базу. При этом решается также и проблема утилизации отходов черной и цветной металлургии, химической промышленности и теплоэнергетики, что в конечном счете способствует улучшению окружающей среды, так как шлаковые отвалы занимают большие территории и во многих случаях загрязняют не только землю, но и водную и воздушную среду.

Отечественными и зарубежными специалистами достигнуты значительные успехи в разработке и внедрении в практику эффективных строительных материалов, содержащих доменные гранулированные шлаки. Наиболее подробно изучены шлаки Донбасса, а также Урала и Казахстана. В то же время, доменные шлаки Западных и Центральных регионов Российской Федерации, к которым относятся шлаки АО "Новолипецкий МК", АО "Северсталь" (г. Череповец), ОАО "КМЗ" (Косая гора, г. Тула), АО СП "Тулачермет" (г. Тула), исследованы недостаточно. Между тем, они отличаются специфическим составом и свойствами, по модулю основности относятся к низкоосновным, при весьма низком модуле активности.

Наиболее значительные исследования в этом направлении выполнены В.В. Лапиным, A.B. Волженским, П.И. Боженовым, B.C. Горшковым, В.Д. Глуховским, однако из-за недостаточной разработанности вопросов, связанных с гидратацией и твердением этих шлаков в присутствии различных активаторов, их использование для производства строительных материалов и изделий весьма ограничено, хотя указанные металлургические предприятия расположены в густонаселенных районах с интенсивным промышленным производством и развитой строительной индустрией.

Работа выполнена в рамках госбюджетной темы "Разработка композиционных материалов на основе отходов металлургического производства".

Цель работы заключается в разработке эффективных строительных материалов и изделий на шлаковой основе путем оптимизации их состава в зависимости от вида используемого шлака, технологии изготовления и условий твердения.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- изучение и уточнение фазового состава доменных шлаков в зависимости от химического состава и условий их формирования;

- исследование гидратационной активности шлаковых вяжущих при различных условиях твердения, составе и дозировке активатора;

- разработка рациональных составов шлаковых материалов и изделий на их основе, представляющих практический интерес;

- исследование морозостойкости и других эксплуатационных характеристик полученных материалов;

- разработка рекомендаций по применению полученных материалов для производства строительных изделий.

Научная новизна работы:

- установлено, что основными кристаллическими фазами доменных шлаков Центрального и Северо-Западного регионов России с низким модулем активности и модулем основности близким к 1.0 являются мервинит (метастабильная фаза) и окерманит, что соответствует теории кристаллизации силикатных расплавов, укладывающейся в рамки теории прерывистых реакционных рядов Боуэна-Барта;

- выявлено, что все исследованные шлаки являются самоактивирующимися, так как содержат 1 ...3% ольдгамита, поэтому дополнительное введение извести не требуется.

- установлено, что эффективность действия активаторов зависит от способа формования изделий; при полусухом формовании наилучшим активатором является портландцемент, а при пластическом - жидкое стекло, что соответствует теории синтеза прочности в зависимости от основности гидратных фаз и пористости цементного камня.

- уточнены критерии оценки гидратационной активности шлаков по химическому и фазовому составу, позволяющие ускорить и повысить объективность и надежность поисковых исследований при разработке новых вяжущих композиций из техногенного сырья.

Практическое значение:

- разработаны оптимальные составы шлаковых вяжущих в том числе с активным шлаковым заполнителем, позволяющие получать водостойкие строительные изделия с прочностью на сжатие до 70 МПа, и на изгиб - 14.:.17 МПа, морозостойкостью более 200 циклов;

- наиболее перспективным способом получения изделий является метод полусухого формования, который может быть реализован на базе существующей технологии и оборудования предприятий по производству силикатного кирпича, при этом исключается применение дорогостоящих извести и молотого песка при значительно более высоких эксплуатационных характеристиках изделий;

- установлено, что прочность образцов на основе шлакопортландцементов, содержащих исследованные шлаки, незначительно повышается с увеличением доли клинкерной составляющей от 20 до 80%, это дает основание рекомендовать повысить дозировку шлака в них до 70%.

Автор защищает:

- закономерности фазообразования кристаллической части доменных шлаков с низким модулем основности в зависимости от химического состава и условий охлаждения;

- уточненные критерии оценки гидратационной активности шлаков по химическому составу и содержанию кристаллической фазы;

- закономерности физико-механических свойств шлакового камня с добавкой различных активаторов в зависимости от способа формования изделий при различных гидротермальных условиях;

- рекомендацию по увеличению дозировки шлака в шлакопортландцементе;

- оптимальный состав мелкозернистого бетона на шлаковой основе с добавкой активного шлакового заполнителя;

- рекомендации по практическому использованию металлургических шлаков для производства строительных изделий.

Реализация результатов работы : составлены два технологических регламента производства мелкозернистых бетонов на активном заполнителе; результаты исследований внедрены в учебный процесс по курсам: "Вяжущие вещества" и "Минералогия и кристаллография".

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были изложены на:

XXIX научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников, аспирантов, студентов Российских ВУЗов с участием представителей проектных, строительных и производственных организаций (Пенза, 1997); международном научно-техническом семинаре "Экология строительства и эксплуатации зданий и сооружений" (Москва-Лимерик, 1997); международной научно-технической конференции "Четвертые академические чтения РААСН: проблемы строительного материаловедения, посвященные 40-летию ПГАСА (Пенза, 1998); 52-й, 53-й международной научно-технической конференции молодых ученых (Санкт-Петербург, 1998-99); пятых академических чтениях РААСН: "Современные проблемы строительного материаловедения", (Воронеж, 1999).

Публикации по теме работы. Основные результаты работы изложены в 6 научных публикациях, в том числе 3 статьях и 3 тезисах докладов.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав и выводов, изложена на 120 страницах основного машинописного текста,

содержит 35 рисунков, 13 таблиц, список используемой литературы из 128 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, а также определена цель и задачи научного поиска.

Глава 1 посвящена литературному обзору, обобщены сведения о составе доменных шлаков, рассмотрены теоретические предпосылки использования доменных шлаков в составе вяжущих веществ и бетонов.

Обобщены данные, опубликованные в научно-технической литературе, о влиянии температуры среды, химической и механической активации, различных активаторов и других факторов на свойства вяжущих композиций на основе шлаков.

Проанализировано влияние режима охлаждения шлаковых расплавов на гидратационное твердение вяжущих. Показано, что среди специалистов нет единого мнения о фазовом составе доменных гранулированных шлаков и его зависимости от условий охлаждения.

Рассмотрено влияние состава шлаков, дозировки, природы активаторов и температуры на фазовый состав продуктов гидратации шлакового камня. Отмечается, что мало работ посвящено исследованию влияния удельной поверхности на гидратационную активность шлаков в зависимости от их состава.

Освещены проблемы идентификации новообразований цементирующего вещества шлаковых материалов. Уделено также внимание рациональному использованию доменных гранулированных шлаков для производства строительных материалов и изделий.

Особый акцент в работе сделан на методику оценки качества шлаков и зол с помощью модуля и коэффициента основности, модуля активности, которые учитывают влияние химического состава шлаков на гидратационную активность, что позволяет производить адекватную оценку вяжущих свойств материалов. Проанализированы литературные данные о роли стекловидной и кристаллической составляющих шлаков в их гидратационной активности.

Обзор и анализ литературных данных показал, что нет достаточной ясности в вопросе о фазовом составе кристаллической части низкоосновных доменных шлаков. Недостаточно исследован вопрос выбора активаторов твердения для шлаков в зависимости от их химического и фазового состава. Требует дальнейшего изучения вопрос о рациональном составе шлакопоргландцемента и оптимальной дозировки шлака. Отсутствуют

сопоставимые данные по различным методам формования изделий (пластическое, полусухое).

В главе 2 представлена методика экспериментальных исследований. На поисковой стадии экспериментальной работы исследовались 11 составов. Образцы готовились двумя технологическими методами: пластическим и полусухим формованием. Предварительно шлаки подвергались механической активации в шаровых фарфоровых мельницах до удельной поверхности 350 и 500 м2/кг. В качестве активаторов твердения вводились: гидратная известь, природный гипс, жидкое стекло (Мс=3.28), портландцемент ПЦ 500 ДО.

Твердение образцов осуществлялось в водной среде при температуре 20±2 °С, лабораторной пропарочной камере (90 °С) и автоклаве при давлении 0.2...0.8 МПа. Гидротермальная обработка проводилась по режиму 2-6-2 час. В дальнейшем работа проводилась с 6-тью оптимальными составами.

Приготовление образцов мелкозернистой бетонной смеси проводилось в соответствии с ГОСТ 310.4-81. Использовались два вида заполнителей: инертный (кварцевый песок Вольского месторождения Мк=2.3) и активный (шлаковый песок АО "Новолипецкий МК" Мк=2.5). Затворение цементно-шлаковой и цементно-песчаных смесей производилось на питьевой воде, удовлетворяющей требованиям ГОСТ 32732-85. Испытания, полученного материала при сжатии производилось на гидравлических прессах ПСУ-10 и ПСУ-50 с непрерывным нагружением со скоростью, обеспечивающей повышение расчетного напряжения до его полного разрушения в пределах (0.6±0.4 МПа/с).

Фазовый состав шлаков и продуктов гидратации изучался методом дифракции рентгеновских лучей, методом дифференциального термического анализа и кристаллооптическим методом.

В главе 3 приведены характеристики химического (табл. 1) и фазового состава доменных шлаков Северо-Западного и Центрального регионов России.

Таблица 1

Химический состав доменных шлаков_

Наименование Предприятия Химический состав, мас.%

БЮг А120, Ре20, РсО СаО МйО гю2 МпО рго5 к2о ЫагО Б СО,

АО "Новолипецкий МК" 40.08 7.50 0.51 41.66 9.35 0.45 0.63 0.45

АО "Северсталь" 34.93 8.46 2.58 1.88 38.46 9.60 1.21 0.21 0.04 0.40 0.35 0.64 2.47

ОАО "КМЗ" 39.00 6.61 - 0.54 43.64 6.70 - - - - - - -

ОАО СП "Тулачермет" 40.27 6.67 - 0.41 45.63 5.32 0.21 0.03 - - - 0.73 -

Гранулированные шлаки характеризуются примерно одинаковым модулем основности М0= 1.07... 1.1, и различным содержанием кристаллической фазы: в череповецких - 8... 10%, новолипецких до 15%, ОАО "КМЗ" до 20%, шлаки ОАО СП "Тулачермет" полностью представлены стеклофазой.

Более детально исследовался фазовый состав шлаков АО "Новолипецкий МК". Не подтвердились ранее приводимые литературные данные о наличии в составе доменных шлаков Центрального региона России псевдоволластонита, мелилита и ранкинита. Межплоскостные расстояния основных фаз представлены в таблице 2. В мелком отсеве кристаллического шлака (фракция менее 5...6 мм) выделена практически мономинеральная фаза представленная хорошо ограненными тетрагональными пластинами размером 0.1...5 мм в диаметре. По данным кристаллооптического (пт-1.532, п6-1.538) и рентгеновского анализов (табл. 2), эта фаза идентифицируется, как окерманит и является преобладающей во всех изученных кристаллических шлаках. Окерманит встречается в ассоциации с кварцем, отдельные зерна которого (до 1...2 мм) были выделены из той же фракции. В подчиненном количестве обнаружены мервинит и алюминиевый диопсид. Показатель преломления стеклофазы (пго-1.538) соответствует мелилитовому составу с содержанием геленитовой молекулы 10-20 мае. %. Основными кристаллическими фазами гранулированных доменных шлаков являются мервинит и окерманит.

Средний состав шлаковой пемзы мас.%: окерманит - 50...60, мервинит -30...40, кварц - 2...5, стеклофаза до 10. Необходимо отметить неравномерное распределение фаз по объему массы, вызванное особенностями охлаждения расплава. Так, серые включения в пемзе представлены преимущественно окерманитом, желтовато-коричневые - мервинитом. Эта особенность присуща гранулированным и медленно охлажденным кристаллическим кристаллическим шлакам.

Несколько отличается фазовый состав кристаллического шлака ОАО СП "Тулачермет". В двух из трех исследуемых образцах установлен Р-Са2ВЮ4 с й!п (н/м): 0.2810, 0.279, 0.2780, 0.278, 0.276, 0.272, 0.260, 0.220, 0.1980. Содержание его колеблется в пределах 10... 15%. В шлаковом песке, образующемся при переработке кристаллического шлака, обнаружен у-Са25Ю4 (с!/п, н/м - 0.432, 0.276,0.273, 0.382, 0.301, 0.1910, 0.1690), что может свидетельствовать о возможном образовании шлакового песка (шлаковой мучки) в результате силикатного распада. Все шлаки отличаются присутствием ольдгамида (СаБ) от 1 до 3%.

Таблица 2

Диагностическая таблица межплоскостных расстояний основных минеральных фаз шлака АО "Новолипецкий МК"

Окерманит АЭТМ Кварц Окерманит с Усредненная проба Мервинит Мервинит

35-592 АБТМ 5-490 включениями кварца кристаллического АБТМ 25-161 (шлаковая пемза)

шлака

а (нм) 1 <1 (им) ) а(нм) 1 (1 (нм) 1 а(нм) ) а (ни) )

0.575 4 0 93287 1

0 568 г 0 66430 3 0.660 5

0553 9 0.553 6 0 553 11 0.46000 3 0.467 3

0 501 2 0.501 6 0.503 10 0 43780 2 0 435 3

0.487 2 0.43350 3

0.439 1 0.38890 6 0.386 5

0431 3 0.431 4 0.37594 2 0 374 5

0 426 35 0.426 7 0 35070 1 0.349 1

0.422 7 0 423 12 0 423 17 0.33200 9 0.332 12

0 3916 4 0 390 2 0.393 4 0 31689 7 0316 8

0,387 4 0.30660 2 0 306 9

0.374 6 0 374 2 028164 2 0.281 5

0.37159 12 0.3708 22 0.371 26 0.27560 26 0 275 21

0 361 1 0,27186 12 0 271 10

0.35039 23 0.3507 4 0 350 6 0 26865 100 0 268 100

0.3420 1 0.3427 5 0 26712 65

0.335 100 0.3350 1 0,3350 2 0 26530 47 0.265 57

0.3232 6 0.3250 14 0 25086 1 0 2508 2

0.3160 2 0,3187 3 0 24648 3 0 2460 8

0 3079 70 0.3079 40 0 3079 47 0 23298 5 0 2321 и

0 28719 100 0 2875 100 0.2870 100 0.23206 12

0.2814 7 0.2814 21 0.23068 10 0 2309 14

0.27700 4 0.2760 5 0.2760 И 0 22850 7 0.2280 9

0 25000 4 0 2508 5 0.2508 6 0 22660 8 0.2265 6

0.24778 15 0 2458 12 0.2468 15 0.2458 12 0,22300 9 0 2230 11

0.2417 10 0.2417 14 022138 19 02212 17

0.23800 8 0 2392 20 0 2404 20 0.21916 ч

0 23100 9 0 2309 11 0.2309 14 021787 10 02181 9

0 22822 3 0 2282 12 0 2287 7 0.2287 12 0.21670 II 02171 9

0 22209 1 0 2215 2 0,2212 3 0 21370 1

02128 9 0 2110 2 02113 3 0.21200 2

0.2037 13 0.2040 25 0 2040 27 0.2)000 1 0 2080 2

0.2015 5 0,20600 10 0 2058 10

0 19928 2 0.1992 2 0.1989 9 0 20310 14 0 2032 10

0.1980 6 0.1981 4 0 1981 12 0.20140 1

0.19580 6 О (952 6 0 1949 7 0.19834 1 0 1981 4

0 1941 2 0.1933 2 0 19111 15 0 1910 27

0.19005 6 0 1895 4 0 1895 7 0 18787 24 0.1881 15

018570 5 О 1859 0 1859 6 0.1825« 1

0 18460 9 О 1845 9 0 1840 13

0 1824 2

0 1817 17 0.1817 1 0 1811 1

017760 10 0 1780 13

0.17609 20 0 1759 38 0 1159 40

0.175/9 8 0 1751 9 О 1751 13

0 17327 3 0.1728 4 0 1728 6

0 1688 2

016680 2 0 1(>7> 7 0.1675 4 0 1675 3

0.16530 1 0 1647 1

016411 2 0 1640 2 0 1637 6

016180 1 0 1621 1

О 1598 2 0 1600 4 0 1605 5

0 1541 15 0.1342 2 О 1548 3

0 15350 2 0 1533 4 0 1539 5

0 15066 5 0.1508 II 0 1508 15

014861 2 0 1484 2 0 1480 3

В главах 4 и 5 приводятся результаты экспериментальных исследований по изучению гидратационной активности и фазовому составу новообразований цементирующего вещества и исследованию свойств мелкозернистых бетонов.

Изучено влияние фазового и химического составов пяти доменных шлаков Центрального и Северо-Западного регионов России, тонкости помола, качества активаторов твердения, способа формования образцов, условий и температуры твердения на гидратационную активность шлаковых вяжущих систем (рис. 1, 2). Все гранулированные шлаки являются самоактивирующимися, поэтому гидратная известь не может быть использована в качестве активатора твердения, более того, ее добавка снижает физико-механические характеристики шлакового камня. Наиболее перспективными активаторами твердения для шлаков Центрального и СевероЗападного регионов являются портландцемент, жидкое стекло и, в некоторых случаях, смесь гидратной извести и гипса.

Более перспективным способом получения строительных изделий является метод полусухого формования, позволяющий получать изделия с прочностью на сжатие до 88 МПа (рис, 1.5 б). Рекомендуемый активатор твердения - портландцемент.

Еще одно достоинство метода полусухого формования - отсутствие тесной взаимосвязи между механической активацией и прочностью шлакового камня.

Как известно, при воздействии высокого давления создаются условия обеспечивающие максимально плотную упаковку при минимальном влагосодержании. При этом существенный вклад в формирование начальной структуры вносят контактно-конденсационные процессы, способствующие получению материалов с более высокими физико-механическими характеристиками.

Отвальный кристаллический шлак АО "Новолипецкий МК", имеющий в своем составе в основном окерманит, не обладает вяжущими свойствами даже в присутствии активаторов твердения. Между тем, активность шлаковой пемзы того же предприятия, состоящей практически полностью из кристаллической фазы, сопоставима по прочности на сжатие с некоторыми видами гранулированного шлака (рис. 1,2).

Эта особенность объясняется тем, что гидратационная активность кристаллической составляющей доменных шлаков зависит от характера и размеров кристаллических образований. Крупные, хорошо ограненные кристаллы мервинита, окерманита, образующиеся при охлаждении шлакового расплава, слабо гидрагируются и. не обладают достаточными вяжущими свойствами, тогда, как те же соединения, вкрапленные в виде мельчайших

микролитов в основную массу стекловидной части шлака, по гидратационной активности близки к стеклу.

1.5

1.4

1.3

1.2

1.1

90

<о §Ё 60

* о 30

Ь

0

90

<в

С £ 60

£ и 30

ь

0

90

Я

С г 60

£ 30

€

0

90

л

с: г 60

* о 30

Ь

0

---------- _____________

-,---Г_- . - *

« 90

5 60

ь

—

I

1 г~_ _ -_ ___

,—,-— - 9г-Г. »

2 -V—

90

120 Т,

150 С

180

а б

Рис. 1. Зависимость осж шлакового камня от температуры гидротермальной обработки.

Гранулированный доменный шлак, а - пластическое формование, б - полусухое формование. 5,д=500 мг/кг 1,1 - ОАО «КМЗ» г. Тула; 1.2 - АО «Новолипецкий МК»; 1.3 - АО «Северсталь» г. Череповец. Б,.,=350 мг/кг: 1.4 - ОАО «КМЗ» г. Тула; 1.5 -АО «Новолипецкий МК». Условные обозначения: - - - - шлак 100%; активатор: ■ -жидкое стекло; ^ - известь; х - гипс, о - известь и гипс; 1 - портландцемент.

МПа 60

£ о 30

ь

0

се С

и

Ь

90 60 30 О

0=

« 90 | 60 § 30

ь о

-

-

—1-1

90

120 Т,

2 Л

150 С

180

«90

2 60 ¿30

е о

т

1

90

120 Т,

2.2

150 С

180

Рис. 2. Зависимость ссж шлакового камня от температуры и давления водяного пара при гидротермальной обработке, пластическое формование: 2.1 - отвальный кристаллический шлак АО «Новолипецкий МК»; 2.2 - шлаковая пемза АО «Новолипецкий МК».а - ,,=350 м2/кг, б - 8и"5()0 м2/кг. Условные обозначения: — -

шлак 100%; активатор: ■ - жидкое стекло; 4 - известь; х -портландцемент.

гипс; о - известь и гипс; I

На рис. 3 приведены стадии зарождения и роста микролитов кристаллов в шлаковом стекле. Хорошо видно, что образование зародышей кристаллов идет по определенным кристаллографическим направлениям. Это свидетельствует о том, что стеклофаза находится в стадии метастабильного "структурированного" состояния. Именно эта особенность лежит в основе ее высокой реакционной способности.

Рис. 3 Стадии образования микролитов кристаллов в шлаковом стекле. Микроскоп МИН-8, параллельные николи, увеличение 200\

Гидратационная активность микролитов близка к стеклу, особенно при добавлении в качестве активатора портландцемента. В этом случае простым,

быстрым и надежным способом идентификации гидратационной активности кристаллической составляющей шлаков и прогнозирования ее вяжущих свойств является метод оптической микроскопии с использованием отмеченного явления.

Результаты изучения гидратационной активности различных видов гранулированного шлака, отраженные на рис. 1, 2 могут быть дополнены данными, помещенными в таблице 3.

Приводимые данные, свидетельствуют, что активность гранулированного шлака без активаторов твердения и шлака активированного портландцементом максимальна при содержании 100% стеклофазы и для шлака с максимальным содержанием кристаллической фазы. Лишь в случае применения в качестве активаторов жидкого стекла активность шлака закономерно и существенно увеличивается с увеличением содержания кристаллической фазы.

Таблица 3

Гидратационная активность гранулированных шлаков.

Пластическое < юрмование. Автоклавирование 0.6 МПа, (=160 °С.

Название предприятия Содержание кристаллической фазы, мае. % Состав

Шлак 100% Шлак, активатор: портландцемент, 20 мае. % Шлак, активатор: жидкое стекло, 30 мае. % (рсР=1010 кг/м")

ОАО СП «Тулачермет» 0 17.0 34.0 18.4

АО «Северсталь» 8...10 13.-7 21.7 29.0

АО «Новолипецкий МК» 15 14.0 23.7 55.8

АО «КМЗ» 20 18.2 37.7 59.0

В доменных гранулированных шлаках АО "Новолипецкий МК" и АО "Северсталь" без активаторов при температурах от 20 до 185 °С гидратирует в основном стеклофаза. Кристаллическая часть шлаков участия в гидратации практически не принимает. Основной фазой новообразований являются низкоосновные гидросиликаты кальция тоберморитовой группы (эндоэффект при 120 °С, экзоэффект при 830.. .840 °С).

HB 168

л!

3038

/

Рис. 4 Результаты рентгеновского и дифференциалыю-термического аналнза продуктов гидратации б системе шлак - портландцемент. Шлак АО "Новолнпецкий МК", метод пластического формования, водное твердение 28 суток: 1 - портландцемент 100%; 2 - портландцемент 80%; 3 - портландцемент 60%; 4 - портландцемент 40%; 5 -портландцемент 20%; 6 - шлак 100%

При введении в вяжущее активатора твердения - портландцемента эндотермический эффект при 120 °С смещается до температуры 140...150 °С (рис. 4), что свидетельствует об увеличении основности гидросиликатов кальция. Эндотермические эффекты при 200...250 °С и 430...440 °С соответствуют C2SH2. Эндотермический эффект при 545..550 °С характерен для портландита, интенсивность последнего эффекта увеличивается с ростом содержания портландцемента.

Появление портландита подтверждается наличием на дифрактограммах интенсивных отражений со значениями межплоскостных расстояний (нм): 0.492, 0.262 и 0.920. Характерной особенностью гидратации с добавкой активатора портландцемента является резкое уменьшение на дифрактограммах интенсивности отражений, характерных для мервинита и окерманита, а так же экзотермических эффектов при 840 °С и 900 °С, что свидетельствует о вступлении в процесс гидратации кристаллической фазы.

Основываясь на полученных данных, изучен эффект активного заполнителя, который позволяет значительно улучшить физико-механические характеристики мелкозернистых бетонов. С этой целью были проведены исследования системы шлак-портландцемент с использованием в качестве инертного заполнителя - кварцевового песка (Мк=2.3) и активного заполнителя - шлакового песка (Мк=2.5).

Выбор этой системы обусловлен достаточно высоким активирующим влиянием портландцемента и удобоукладываемостью массы. Вяжущее готовилось с различным соотношением шлака и портландцемента.

Рис. 5. Прочность при сжатии и изгибе шлакобсгонов нормального твердения в воле (20 °С) с различным содержанием шлаковом составляющей и заполнителя (табл. 4.)

Таблица 4

Состав сырьевых смесей и условные обозначения к рис. 5

№ ' состава Условные обозначения Состав сырьевой смеси В/Ц

вяжущее, % заполнитель, %

портландцемент новолипецкий граншлак песок новолипецкий граншлак

1 100 - 75 - 0.40

2 ■ 100 - - 75 0.53

3 ▲ 20 80 - 75 0.53

4 X 40 60 75 0.53

5 ж 20 80 - 50 0.32

6 • 40 60 - 50 0.32

7 + ' 20 80 - 25 0.30

8 о 40 60 - 25 0.30

Заполнитель вводился в количестве: 25, 50 и 75% (рис. 5, табл. 4). Образцы бетонов твердели в воде при комнатной температуре 7, 14 и 28 суток. Результаты отражены на рис. 5. Анализ экспериментальных данных позволил определить оптимальный состав мелкозернистого шлакобетона: вяжущее - 70...80% (60% шлака + 40% портландцемента), активный заполнитель с модулем крупности 2.5 - 20...30%. Шлакобетон такого состава после твердения в течение 28 суток в водной среде показал следующие прочностные характеристики: асж - 70 МПа, оизг -14 МПа при рср - 2200 кг/м3.

Рис. 6. Гистограмма а^, образцов шлакового камня (АО «Новолипецкий МК»): 1 - шлак 100%, активаторы: 2 - известь, 3 - гипс, 4 -жидкое стекло. ■ - после гидротермальной обработки, □ - после 50-ти циклов испытания на морозостойкость.

Большинство образцов полученных методом пластического и полусухого формования, имели высокую морозостойкость (более 200 циклов). На рис. 6 помещена гистограмма, отражающая изменение асж до и после 50 циклов испытания на морозостойкость. Большая часть образцов показала увеличение прочностных характеристик на 20...40%. Наблюдалось также увеличение осж в среднем на 10% после их двухлетней выдержки на воздухе.

В главе 6 представлен расчет экономической эффективности от предполагаемого внедрения разработанных составов шлакобетонов методом полусухого формования с учетом использования технологической линии для

а с:

ъ

90 60 30 О

Зй

производства силикатного кирпича, был сделан на примере череповецкого завода силикатного кирпича с учетом его экономических показателей и составил 605 млн. руб в год в ценах 1996 года.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Изучение фазового состава низкоосновных доменных шлаков Центрального региона России не подтвердило их мелилит-ранкинит-волластонитовый состав. Показано, что основными кристаллическими фазами исследованных шлаков является окерманит и мервинит. Отсутствие мелилита в продуктах кристаллизации связано с неравновесными условиями кристаллизации силикатного расплава.

2. Все исследованные гранулированные шлаки являются самоактивирующимися, так как при затворении водой проявляют щелочную реакцию (рН=11.8) в связи с чем не активацируются гидратной известью. Медленно охлажденные отвальные кристаллические доменные шлаки, имеющие полнокристаллическизернистую структуру, обладают слабыми вяжущими свойствами. Кристаллическая фаза гранулированного шлака, представленная микролитами окерманита и мервинита (около 10"4 м), вкрапленными в шлаковое стекло, проявляет гидратационную активность, особенно при добавке активаторов.

3. Эффективность действия исследованных активаторов твердения зависит от способа формования образцов. При пластическом формовании наиболее эффективным активатором является добавка жидкого стекла, а при полусухом - портландцемента. Это объясняется тем, что в первом случае синтез прочности обусловлен, в основном, дальнодействующими коагуляционными связями, а во втором - конденсационно-кристаллизационными связями, которые на минимальных расстояниях приобретают высокие связующие свойства.

4. Из двух технологических методов, используемых в процессе экспериментальных исследований, наиболее перспективным является метод полусухого формования, позволяющий получать шлакобетоны с осж до 88 МПа и морозостойкостью более 200 циклов. Для этого могут быть использованы существующие технологические линии производства силикатного кирпича. При этом полностью исключается использование извести и молотого песка.

5. При изменении дозировки портландцемента от 20 % до 80 %, то есть в 4 раза, прочность шлакоцементного камня возрастает на 17. ..41 %, в связи с чем рекомендуется ограничить дозировку портландцемента до 20...25 %. В шлакопортландцементах целесообразно увеличить дозировку шлаков до 60... 70%.

6. Разработаны составы шлакобетонов с асж - 50...85 МПа, оИ)г - 14... 17 МПа и морозостойкостью более 200 циклов. Эти материалы могут найти применение в жилищном строительстве (строительные блоки, облицовочная плитка), при строительстве подземных и гидротехнических сооружений, водоотливных колодцев, теплотрасс, дорожном строительстве.

7. Учитывая повышенную шероховатость поверхности и пористость шлаковых гранул, мелкозернистые бетоны на их основе требуют повышенного расхода вяжущего, по сравнению с цементно-песчаными смесями. При использовании вяжущего, содержащего до 60 % шлака, максимальные проявления эффекта активного заполнителя наблюдаются при содержании 25...50 % шлакового песка, с увеличением портландцемента в вяжущем оптимальная дозировка шлакового заполнителя возрастает.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих работах:

1. Гончарова М.Ю. Особенности гидратации и твердения вяжущих на основе доменного шлака Новолипецкого металлургического комбината. // Материалы XXIX науч.-техн. конференции. - Пенза: ПГАСА, 1997. - Часть И. -С. 21-22.

2. Гончаров Ю.И., Гончарова М.Ю., Терсенова JI.A. Комплексное использование отходов металлургической промышленности в производстве строительных материалов И Экология строительства и эксплуатации зданий и сооружений: Тезисы докладов Российско-Ирландского научн.-техн. семинара. -М.: 1997.-С. 42.

3. Гончарова М.Ю. Влияние различных активаторов на твердение и фазовый состав новообразований шлакового вяжущего // Современные проблемы строительного материаловедения: Материалы междунар. науч,-техн. конф. - Пенза: ПГАСА, 1998. - Часть II. - С. 24-25.

4. Гончарова М.Ю. Некоторые закономерности твердения и фазообразования камня на основе доменного шлака // Труды молодых ученых. - Санкт-Петербург: СПбГАСА, 1998. Часть II. - С. 74-79.

5. Гончарова М.Ю., Иванов A.C. Особенности фазового состава низкоосновных шлаков и влияние степени их раскристаллизации на гидратационную активность // Труды молодых ученых. - Санкт-Петербург: СПбГАСА, 1999. - Часть II. - С. 89-94.

6. Гончаров Ю.И., Гончарова М.Ю., Клименко В.Г., Иванов A.C. Композиты на основе низкоосновных доменных шлаков // Современные проблемы строительного материаловедения: Материалы пятых академических чтений РААСН. - Воронеж: ВГАСА, 1999. - С. 94-105.

ВВЕДЕНИЕ.

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ.

1.1 Общие сведения о металлургических шлаках.

1.2 Классификация шлаков. Теоретические предпосылки к использованию шлаков в качестве вяжущих для бетонов.

1.3 Шлаковые вяжущие.

1.4 Строительные материалы на основе доменных шлаков.

Выводы по главе 1.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ.

3.1 Химический состав и технологические свойства.

3.2 Фазовый состав доменных шлаков.

Выводы по главе 3.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1 Влияние активаторов твердения, способа формования и условий твердения на физико-механические характеристики шлакового камня.

4.2 Влияние дозировки портландцемента на прочность шлакового камня.

4.3 Исследование фазового состава и продуктов гидратации шлаков.

Выводы по главе 4.

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ МЕЖОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА С АКТИВНЫМ ЗАПОЛНИТЕЛЕМ ИЗ ДОМЕННОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО

ШЛАКА.

Выводы по главе 5.

Актуальность.

Взаимодействие промышленности и природы существенно изменилось на пороге нового тысячелетия. Истощение невоспроизводимых природных ресурсов ставит новые задачи. Одна из них - производство продукции с наименьшим использованием природных ресурсов, оказывающей минимальное воздействие на природу и потребляющей минимальное количество энергии.

Важное место в этой проблеме должна занимать силикатная продукция металлургических предприятий, как потенциальная сырьевая база строительной индустрии.

Уникальные свойства шлаков известны достаточно давно. Более 100 лет назад они успешно применялись в мелиорации. Однако, долгое время их использование считалось не рентабельным. В настоящее время понятия и практика изменились. В большинстве высокоразвитых стран реализация силикатной продукции металлургических предприятий достигает более 90 % и является вполне рентабельной.

Особый интерес представляют доменные шлаки. Они характеризуются постоянным химическим составом и экологически безопасны. В индустрии стройматериалов используются главным образом их вяжущие свойства. Доменный шлак обеспечивает низкую температуру схватывания, высокую морозостойкость и стойкость к солевым растворам, имеет высокие показатели по теплоизоляции.

В связи с этим, шлакобетоны могут особенно успешно использоваться в домостроении, в коммунально-техническом строительстве, в качестве оснований дорожных покрытий.

У нас в стране в промышленности строительных материалов используется менее 20 % доменных шлаков, причем производство гранулированных шлаков металлургическими предприятиями неуклонно сокращается, в связи с отсутствием рынка сбыта. 4

Вместе с тем, использование бесклинкерных вяжущих и комбинированных вяжущих в производстве различных видов строительных материалов является актуальной задачей, так как значительно снижает энергоемкость производства и позволяет получать материалы с рядом важных специфических свойств.

Анализ технической и патентной литературы, посвященной вопросу разработки и практического применения шлаковых вяжущих в строительном комплексе России и других стран СНГ, показал, что она преимущественно посвящена доменным гранулированным шлакам Украины и Южного Урала. В тоже время, доменные шлаки Центральных регионов РФ (АО "Тулачермет", ОАО "КМЗ", АО "Новолипецкий металлургический комбинат") исследованы недостаточно, хотя они расположены в районах, потребляющих огромное количество строительных материалов различного вида и назначения, где находятся крупнейшие цементные заводы России - потребители шлаков. В настоящее время в ограниченном количестве используются в основном новолипецкие шлаки, остальные пока не находят применения, хотя обладают рядом уникальных свойств. В связи с этим в данной работе основное внимание уделяется низкоосновным шлакам Центрального региона России.

Необходимо подчеркнуть, что подход специалистов в России и США к проблеме рационального использования доменных шлаков существенно различается. Если в странах СНГ, в том числе и в России, доменные гранулированные шлаки используются в основном, как активная минеральная добавка к портландцементу и так же для выпуска шлакопортландцемента с содержанием шлака около 50 %, то в США большая часть доменных шлаков применяется для производства заполнителей бетона. Практика показала, что особенно эффективно можно использовать доменные шлаки, применяя придоменную технологию переработки их расплава в шлаковую пемзу, которая, как заполнитель для легких бетонов по ряду показателей превосходит керамзит. Использование шлаковой пемзы, вместо керамзита дает огромный эффект по экономии энергии и сырьевых материалов. Из доменных шлаков производится так же тяжелый и плотный заполнители для бетона. В то же 5 время в США шлакопортландцемент и цемент с минеральными добавками производится в ограниченных количествах.

Каждый из рассматриваемых подходов имеет свои преимущества и недостатки. Однако, необходимо отметить, что в реалиях современной России, когда более чем половина мощности цементных заводов простаивает и спрос на шлакопортландцемент с минеральными добавками по ряду причин резко упал, актуальная проблема более широкого применения шлаков, как заполнителей бетона, диктует необходимость исследований в этом направлении.

Цель работы заключается в разработке эффективных строительных материалов и изделий на шлаковой основе путем оптимизации их состава в зависимости от вида используемого шлака, технологии изготовления и условий твердения.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- изучение и уточнение фазового состава доменных шлаков в зависимости от химического состава и условий их формирования;

- исследование гидратационной активности шлаковых вяжущих при различных условиях твердения, составе и дозировке активатора;

- разработка рациональных составов шлаковых материалов и изделий на их основе, представляющих практический интерес;

- исследование морозостойкости и других эксплуатационных характеристик полученных материалов;

- разработка рекомендаций по применению полученных материалов для производства строительных изделий.

Научная новизна работы: установлено, что основными кристаллическими фазами доменных шлаков Центрального и Северо-Западного регионов России с низким модулем активности и модулем основности близким к 1.0 являются мервинит (метастабильная фаза) и окерманит, что соответствует теории кристаллизации 6 силикатных расплавов, укладывающейся в рамки теории прерывистых реакционных рядов Боуэна-Барта; выявлено, что все исследованные шлаки являются самоактивирующимися, так как содержат 1.3% ольдгамита, поэтому дополнительное введение извести не требуется;

- установлено, что эффективность действия активаторов зависит от способа формования изделий; при полусухом формовании наилучшим активатором является портландцемент, а при пластическом - жидкое стекло, что соответствует теории синтеза прочности в зависимости от основности гидратных фаз и пористости цементного камня;

- уточнены критерии оценки гидратационной активности шлаков по химическому и фазовому составу, позволяющие ускорить и повысить объективность и надежность поисковых исследований при разработке новых вяжущих композиций из техногенного сырья.

Практическое значение:

- разработаны оптимальные составы шлаковых вяжущих в том числе с активным шлаковым заполнителем, позволяющие получать водостойкие строительные изделия с прочностью на сжатие до 70 МПа, и на изгиб - 14. 17 МПа, морозостойкостью более 200 циклов;

- наиболее перспективным способом получения изделий является метод полусухого формования, который может быть реализован на базе существующей технологии и оборудования предприятий по производству силикатного кирпича, при этом исключается применение дорогостоящих извести и молотого песка при значительно более высоких эксплуатационных характеристиках изделий;

- установлено, что прочность образцов на основе шлакопортландцементов, содержащих исследованные шлаки, незначительно повышается с увеличением доли клинкерной составляющей от 20 до 80%; это дает основание рекомендовать повысить дозировку шлака в них до 70%. 7

На защиту выносятся:

- закономерности фазообразования кристаллической части доменных шлаков с низким модулем основности в зависимости от химического состава и условий охлаждения; уточненные критерии оценки гидратационной активности шлаков по химическому составу и содержанию кристаллической фазы;

- закономерности физико-механических свойств шлакового камня с добавкой различных активаторов в зависимости от способа формования изделий при различных гидротермальных условиях твердения; рекомендацию по увеличению дозировки шлака в шлакопортландцементе; оптимальный состав мелкозернистого бетона на шлаковой основе с добавкой активного шлакового заполнителя; рекомендации по практическому использованию металлургических шлаков для производства строительных изделий.

Реализация результатов работы:

Составлены два технологических регламента производства мелкозернистых бетонов на активном заполнителе; результаты исследований внедрены в учебный процесс по курсам: "Вяжущие вещества" и "Минералогия и кристаллография".

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы были изложены на:

- XXIX научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников, аспирантов, студентов Российских ВУЗов с участием представителей проектных, строительных и производственных организаций (Пенза, 1997); международном научно-техническом семинаре "Экология строительства и эксплуатации зданий и сооружений" (Москва-Лимерик, 1997); 8

- международной научно-технической конференции "Четвертые академические чтения РААСН: проблемы строительного материаловедения, посвященные 40-летию ПГАСА (Пенза, 1998);

52-й, 53-й международной научно-технической конференции молодых ученых (Санкт-Петербург, 1998-99); пятых академических чтениях РААСН: "Современные проблемы строительного материаловедения", (Воронеж, 1999).

Связь с научно-техническими программами.

Работа выполнялась в рамках госбюджетной темы: "Разработка композиционных материалов на основе техногенных отходов металлургического производства". Результаты диссертационной работы, связанные с разработкой оптимальных составов шлакобетонов, вошли в отчеты по этапам темы.

Публикации по теме работы.

Основные результаты работы изложены в 6 научных публикациях, в том числе 3 статьях и 3 тезисах докладов.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, 6 глав и выводов, изложена на 120 страницах основного машинописного текста, содержит 35 рисунков, 13 таблиц, список используемой литературы из 128 наименований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Изучение фазового состава низкоосновных доменных шлаков Центрального региона России не подтвердило их мелилит-ранкинит-волластонитовый состав. Показано, что основными кристаллическими фазами исследованных шлаков является окерманит и мервинит. Отсутствие мелилита в продуктах кристаллизации связано с неравновесными условиями кристаллизации силикатного расплава.

2. Все исследованные гранулированные шлаки являются самоактивирующимися, так как при затворении водой проявляют щелочную реакцию (рН=11.8) в связи с чем не активацируются гидратной известью. Медленно охлажденные отвальные кристаллические доменные шлаки, имеющие полнокристаллическизернистую структуру, обладают слабыми вяжущими свойствами. Кристаллическая фаза гранулированного шлака, представленная микролитами окерманита и мервинита (около 10"4 м), вкрапленными в шлаковое стекло, проявляет гидратационную активность, особенно при добавке активаторов.

3. Эффективность действия исследованных активаторов твердения зависит от способа формования образцов. При пластическом формовании наиболее эффективным активатором является добавка жидкого стекла, а при полусухом -портландцемента. Это объясняется тем, что в первом случае синтез прочности обусловлен, в основном, дальнодействующими коагуляционными связями, а во втором - конденсационно-кристаллизационными связями, которые на минимальных расстояниях приобретают высокие связующие свойства.

4. Из двух технологических методов, используемых в процессе экспериментальных исследований, наиболее перспективным является метод полусухого формования, позволяющий получать шлакобетоны с асж до 88 МПа и морозостойкостью более 200 циклов. Для этого могут быть использованы существующие технологические линии производства силикатного кирпича. При этом полностью исключается использование извести и молотого песка.

110

5. При изменении дозировки портландцемента от 20 % до 80 %, то есть в 4 раза, прочность шлакоцементного камня возрастает на 17.41 %, в связи с чем рекомендуется ограничить дозировку портландцемента до 20.25 %. В шлакопортландцементах целесообразно увеличить дозировку шлаков до 60. .70 %.

6. Разработаны составы шлакобетонов с стсж - 50. 85 МПа, (7ИЗГ - 14. 17 МПа и морозостойкостью более 200 циклов. Эти материалы могут найти применение в жилищном строительстве (строительные блоки, облицовочная плитка), при строительстве подземных и гидротехнических сооружений, водоотливных колодцев, теплотрасс, дорожном строительстве.

7. Учитывая повышенную шероховатость поверхности и пористость шлаковых гранул, мелкозернистые бетоны на их основе требуют повышенного расхода вяжущего, по сравнению с цементно-песчаными смесями. При использовании вяжущего, содержащего до 60 % шлака, максимальные проявления эффекта активного заполнителя наблюдаются при содержании 25.50 % шлакового песка, с увеличением портландцемента в вяжущем оптимальная дозировка шлакового заполнителя возрастает.

Ill

1. Романенко А.Г. Металлургические шлаки. М.: Металлургия, 1977. -192 с.

2. Романенко А.Г., Орнинский Н.В. Переработка доменных шлаков. М.: Черметинформация, 1971,- 63 с.

3. Жило H.JI. Формирование и свойства доменных шлаков. М.: Металлургия, 1971. - 120 с.

4. Боженов П.И. Технология автоклавных материалов. Л.: Стройиздат, 1978.-368 с.

5. Боженов П.И. Комплексное использование минерального сырья и экология. М: Изд. Ассоц. строит вузов, 1994. - 267 с.

6. Комплексная переработка и использование металлургических шлаков в строительстве // B.C. Горшков, С.Е. Александров, С.И. Иващенко, И.В. Горшкова/под ред. B.C. Горшкова. М.: Стройиздат, 1985. - 273 с.

7. Лапин В.В. Петрография металлургических и топливных шлаков. М.: Изд-во АН СССР, 1956. - 325 с.

8. Волженский A.B., Буров Ю.С., Виноградов Б.Н., Гладких К.В. Бетоны и изделия из шлаковых и зольных материалов. -М.: Стройиздат, 1969. 392 с.

9. Рахимбаев Ш.М. Шлаковые вяжущие. Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 1994,- 16с.

10. Остроухов М.Я. Процессы шлакообразования в доменной печи,- М.: Металлургиздат, 1963,- 223с.

11. Справочник по производству сборных железобетонных конструкций / Под общ. ред. К.В. Михайлова. М.: Стройиздат, 1982. - 140 с.

12. Перепелицын В.А. Основы технической минералогии и петрографии. -М.: Недра, 1987.-255 с.

13. Гиндис Я.П. Технология переработки шлаков. М.: Стройиздат, 1991. -280 с.

14. Балон И.Д., Борис И.И., Буклан И.З. и др. Металлургия чугуна. М.: Металлургия, 1966. - С. 73-85112

15. Говоров A.A. Процессы гидротермального твердения шлаковых дисперсий. Киев: Наукова думка, 1976. - 135 с.

16. Волженский A.B., Буров Ю.С., Колокольников B.C. Минеральные вяжущие вещества. М.: Стройиздат, 1973. - 108 с.

17. Рыженко Б.Н., Хитаров Н.И. Геохимия. М.: Наука, 1968. - 126 с.

18. Торопов НА. О последовательности выделения кристаллических фаз различного состава из силикатных расплавов // Стеклообразное состояние. М.: Изд-во АН СССР, 1963. - с. 117-119

19. Будников П.П., Значко-Яворский И.Л. Гранулированные доменные шлаки и шлаковые цементы. М.: Промстройиздат, 1953. - 224 с.

20. Есин O.A., Гельд П.В. Физическая химия пирометаллургических процессов. М.: Металлургия, 1966. - 702 с.

21. Семеновкер H.H., Кашперский М.К. О гидравлических свойствах доменных шлаков// Цемент. -1941. № 5. - с. 9-10

22. Рояк С.М., Школьник Я.Ш. О роли некоторых элементов в формировании структуры шлаков в связи с процессами их гидратации // Науч. труды НИИ цемента. М.: Стройиздат, 1977. -Вып 33. - с. 31-44

23. Рояк С.М., Школьник Я.И., Орнинский Н.В. Исследование шлаковых стекол методом электронного парамагнитного резонанса // Изв. вузов. Сер. Строительство и архитектура, 1972. № 5. - С. 19-21

24. Пох В.О. О связи щелочных ионов в стеклах различного типа. // Стеклообразное состояние. М.: Наука, 1971. - С. 354-356

25. Сатарин В.И. Шлакопортландцемент // В кн. Шестой международный конгресс по химии цементов. М.: Стройиздат, 1976. - С. 86-90

26. JIoxep Ф.В. Гидравлические свойства и гидратация стекол в системе СаО-AI2O3-SÍO2 // Четвертый международный конгресс по цемента. М.: Стройиздат, 1978. - С. 221-228

27. Рояк С.М. и др. Структура доменных шлаков и их активность. Цемент, 1978. №8.-с. 4-5.

28. Ли Ф.М. Химия цемента и бетона. -М.: Госстройиздат, 1961. С.35-38

29. Торопов H.A. Химия цементов. -М.: Промстройиздат, 1956. 256 с.

30. Боженов П.И., Березина Г.В. Кислые стекла-база автоклавных материалов // Доклады XXI научной конференции ЛИСИ. Л.: ЛИСИ, 1963. - С.79-81

31. Тейлор X. Химия цемента. -М.: Мир, 1996. 560 с.113

32. Будников П.П., Аазелицкая Р.Д. Доклады АН СССР, т.108, № 3, 1956. С. 205-209

33. Рогозиньский Т. Переработка шлаков доменного и сталеплавильного производства // Обзор "Международная система научной и технической информации по черной металлургии": Информсталь, вып. 3 (34), 1978. -26 с.

34. Панкратов B.JI. Гидравлическая активность гранулированных доменных шлаков. //Цемент, 1971, № 1. с. 19-20.

35. Вяжущие, керамика и стеклокристалические материалы: структура и свойства: Справочное пособие / В.С.Горшков, В.Г. Савельев, A.B. Абакумов. М: Стройиздат, 1994. - 584 с.

36. Бойкий Г.П. Кристаллохимия. М: Высшая школа, 1984. - 296 с.

37. Бутт Ю.М., Сычев М.М., Тимашов В.В. Химическая технология вяжущих материалов. М.: Высшая школа, 1980. 427 с.

38. Смольчик Х.Г. Структура и характеристика ишаков. // Седьмой международный конгресс по химии цемента. Париж: 1980, т. 1, с. 3-17.

39. Бабушкин В.И., Матвеев Г.И., Мчедлов-Петросян О.П. Термодинамика силикатов. М: Стройиздат, 1980. -409с.

40. Белянкин Д.С., Иванов Б.В., Лапин В.В. Петрография технического камня. М.: Изд. Академии наук СССР, 1952. - 581 с.

41. Бутт Ю.М., Майер A.A., Варшал Б.Г. // В сб. Металлургические шлаки и применение их в стротельстве. М.: Госстройиздат, 1962. -С. 118-129

42. Рояк С.Н., Гальперина Т.Я. Безгипсовый шлакопортландцемент -эффективное вяжущее для бетона. Цемент, 1984, № 1. с. 25-27.

43. Рояк С.М. и др. Структура доменных шлаков и их активность // Цемент, 1978, №8.-С. 4-5.

44. Лапин В.В. Строение и фазовый состав доменных шлаков в связи с их практическим применением.// Доменные шлаки в строительстве. М.: Стройиздат, 1956. - 256 с.

45. Будников П.П., Панкратов В.Л. Гидравлическая активность некоторых кристаллических и стекловидных фаз доменного шлака. // ДАНСССР, т. 146,№ 1.-м., 1962. -С. 115-119114

46. Волженский A.B., Иванов И.А., Виноградов Б.Н. Применение зол и шлаков в производстве строительных материалов. М.: Стройиздат, 1984. - 246 с.

47. Баженов Ю.М., Дворкин Л.И. Ресурсосбережение в строительстве за счет применения побочных промышленных продуктов. М.: ЦМШЖС, 1986. -66 с.

48. Щелочные и щелочноземельные гидравлические вяжущие и бетоны / Под ред. В.Д. Глуховского. К.: Вища школа, 1979. - 225 с.

49. Производство гранулированных шлаков и их применение / А.Д. Кондратенко, Г.М. Петухова, Н.М. Пархоменко. Киев: УкрНИИНТИ, 1984.-44 с.

50. Тихонов С.П. Пористый песок из шлака // Строительные материалы, 1981, №9.-с. 28

51. Паримбетов Б.П. Строительные материалы из минеральных отходов промышленности. М.: Стройиздат, 1978. - 200 с.

52. Дворкин Л.И., Пашков И.А. Строительные материалы из отходов промышленности. К.: Выща школа, Головное изд-во, 1989. - 208 с.

53. Кржеминский С.А.Автоклавная- обработка силикатных изделий. М.: Стройиздат, 1974. - 186 с.

54. Френке Р. Математическое моделирование химической технологии. М.: Изд-во «Химия», 1971. - 168 с.

55. Будников П.П., Петровых Н.В. Влияние дисперсности массы и температуры гидротермальной обработки на процесс формования и свойства силикатного строительного материала // Труды Московского хим.-техн. ин-та, 1957, вып. XXIV

56. Волженский A.B., Буров Ю.С., Колокольникова B.C. Минеральные вяжущие вещества. Технология и свойства. М.: Стройиздат, 1973. -250 с.

57. Глуховский В.Д., Пахомова В.А. Шлакощелочные цементы и бетоны. -К.: Будивельник, 1978. 181 с.

58. Глуховский В.Д., Кривенко П.В., Румынова Г.В., Герасимчук В.Л. Производство бетонов и конструкций на основе шлакощелочных вяжущих. К.: Будивельник, 1988. - 143 с.115

59. Пугачев Г.А., Волков C.B. и др. Сравнительные исследования прочности высокоактивных щелочных цементов различного состава // Изв. вузов. Строительство, 1992. № 9-10. - С. 45-49

60. Федынин Н.И., Диамант М.И. Высокопрочный мелкозернистый шлакобетон. М.: Стройиздат, 1975. - 176 с.

61. Виноградов Б.Н. Сырьевая база для производства силикатных бетонов. -М.: Стройиздат, 1971. 150 с.

62. Кунцевич О.В., Макаревич О.С. О влиянии химической активности заполнителей на прочностные свойства растворных композиций // Исследование бетонов повышенной прочности, водонепроницаемости, долговечности. Л.: 1976. - Вып. 398. - С. 114-121

63. Ресурсосберегающие технологии керамики, силикатов и бетонов / Нехорошев A.B., Циталаури Г.И., Хлебнонек Е., Жадамбаа Ц.М.: Стройиздат, 1991. 482 с.

64. Романенко А.Г. Строительные материалы из доменных шлаков «Азовсталь». // Строительные материалы, 1973, № 6,- С. 21-23

65. Дворкин Л.И. Принципиально новые приемы и методы использования техногенных продуктов при производстве различных видов строительных материалов. М.: ВНИИЭСМ, 1990. - 107 с.

66. Долгорев A.B. Вторичные ресурсы в производстве строительных материалов. М.: Стройиздат, 1990. - 456 с.

67. Безотходная технология в промышленности / Б.Н. Ласкорин, Б.В. Громов, А.П. Цыганков, В.Н. Сенин. М.: Стройиздат, 1986. - 160 с.

68. Волженский A.B. Минеральные вяжущие вещества. М.: Стройиздат, 1986,-464с

69. Шлакощелочные бетоны на мелкозернистых заполнителях / Под ред. В.Д. Глуховского. Киев: Вища школа, 1981,- 224 с.

70. Шестоперов B.C. Долговечность бетона транспортных сооружений. М.: Изд-во «Транспорт», 1966. - 499 с.

71. Рамачандран B.C. Применение дифференциального термического анализа в химии цементов. М.: Стройиздат, 1977. - 407 с.

72. Скурчинская Ж.В., Кривенко П.В., Лавриненко П.В., Самойленко Ю.И. Утилизация гальванических шламов при производстве шлакощелочных вяжущих// Цемент, 1993, №3. С. 25-29

73. Голубчий А. В. Камни бетонные стеновые на гранулированных металлургических шлаках и шлакощелочных вяжущих. // Строительные материалы, № 8, 1994. С. 24-26

74. Грачева О.И., Викулин А.Я. Синтез и исследование свойств гидроалюминатов и гидросульфаалюминатов кальция // Труды ВНИИасбестоцемент, 1961, № 1. С. 91-113

75. Бутт Ю.М., Рашкович Л.М. Твердение вяжущих при повышенных температурах. М.: Стройиздат, 1965. - 250 с.

76. Калашников В.И., Нестеров В.Ю., Викторова О.Л., Крестин И.Н. Шлакокарбонатные композиты // Тез. докл. XXIX всероссийской научн,-техн. конф. профессорско-преп. состава, науч. работников, асп, студ. -Пенза: ПГАСА, 1997. С. 54-55.

77. Куатбаев К.К. Силикатные бетоны из побочных продуктов промышленности. М.: Стройиздат, 1981. - 248 с.

78. Величко Е.Г., Зубенко В.М., Кузнецов С.А. Неавтоклавные ячеистые бетоны на основе шлакощелочного вяжущего // Строительство и проблемы экологии: Тез. докл. науч. конф,- Симферополь, 1992. С. 6569

79. Величко В.Г., Зубенко В.М., Белякова Ж.С. Неавтоклавный ячеистый шлакощелочной бетон./Строительные материалы, 1995, № 4. -25 С. 29

80. Гузова Э.С. Применение доменного шлака в качестве заполнителя для бетона // Экспресс информация ВНИИНТПИ, 1990, Серия СК и М, Вып. 12.-С. 33-35.

81. Шейкин А.Е. К вопросу прочности, упругости, пластичности бетона. // Труды МНИТ, 1946, № 69

82. Рояк С.Н., Гальперина Т.Я., Перминова Ю.П. Безгипсовый шлакопортландцемент эффективное вяжущее для бетона. // Цемент, № 11,1984.-С. 22-25117

83. Горшков B.C., Тимашов B.B. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. М.: Госстройиздат, 1963. - 120 с.

84. Ларионова З.М. Виноградов Б.Н. Петрография цементов и бетонов. М.: Стройиздат, 1974. - 348 с.

85. Производство и применение шлаковой пемзы // Обзор под общ. ред. к.т.н. И.Н. Резникова. М., 1971

86. Горелышев Н.В., Марушко Г.П. Комплексное использование отвальных доменных шлаков. // Автомобильные дороги, 1989, №12. С. 11-12

87. Грызлов B.C., Туева Т.В. Использование вторичных ресурсов в производстве строительных материалов / Строительные материалы. -1993, №8

88. Калашников В.И., Демьянова B.C., Викторова О.Л., Нестеров В.Ю. Оптимизация составов шлакокарбонатных композитов // Материалы международной научно-техн. конф.: Современные проблемы строительного материаловедения. Пенза: ПГАСА, 1998. - С. 189-190.

89. Дагаев В.И. Слои дорожных одежд из доменных шлаков. // Транспортное строительство, 1992, № 11-12. С. 34-36

90. Боженов П.И., Кавалерова В.И., Сальникова B.C., Суворова Г.Ф., Холопова Л.И. Цементы автоклавного твердения и изделия на их основе. Л. -М.: Госстройиздат, 1963. - 250 с.

91. Карнаухов Ю.П., Шарова В.В., Подвольская E.H. Вяжущие на основе отвальной золоншаковой смеси и жидкого стекла из микрокремнезема. // Строительные материалы, №5, 1998. -С. 12-13118

92. Ястребова A.M. Исследование местных строительных материалов // В сб. науч. тр.,- Уфа: УфимНИИпромстрой, 1990. С.91-94

93. Кривенко П.В., Константиновский Б.Я., Ракша В.А., Клименко В.А. Шлакощелочные вяжущие и бетоны для корпусных деталей станков. // Цемент, 1991, № 11-12. С.15-19

94. Бусел A.B. Использование крупнотоннажных бытовых и промышленных отходов. // Строительные материалы, №9, 1994. С. 20-22

95. Рахимбаев Ш.М. Влияние фазового состава и пористости на прочность цементного камня // Всесоюзная конференция "Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии", ч. 10: тезисы докладов. Белгород: БТИСМ, 1991. - С. 128.

96. Рахимбаев Ш.М. Регулирование прочности межфазных контактных связей в искусственных строительных конгломератах // Проблемы материаловедения и совершенствование технологии производства строительных изделий. Белгород: БТИСМ, 1980. - С. 51-60.

97. Старчук В.Н. Исследование шлакощелочных бетонов с мелкозернистыми заполнителями из горелых пород. // Автореф. дисс. к.т.н. Киев, 1977. -21 с.

98. Шкляренко В.Г. Получение и исследование свойств шлакощелочных бетонов с заполнителями из отвальных доменных шлаков. // Автореф. дисс. к.т.н. Киев, 1977. - 21 с.

99. Шредер Ф. Шлаки и шлаковые цементы // Труды V международного конгресса по химии цемента. М.: Стройиздат, 1975. - С. 421-436

100. Сорока И., Середа П. Дж. Структура цементного камня и использование прессованных образцов как структурных моделей. // Труды V международного конгресса по химии цемента. -М.: Стройиздат, 1973. С. 279-286

101. Краснослободская З.И. Исследование процесса твердения доменных шлаков: Автореф. дисс. к.т.н. Новочеркасск: Новочерк.политех. ин-т, 1961.-23 с.

102. Галибина Е.А. Исследование известково-сульфатных сланцевых зол и продуктов их гидратации как основы производства строительных изделий // Автореф. дис. на соиск. уч. степ. док. тех. наук. / ЛИСИ. Л., 1977. -40 с

103. Рахимбаев Ш.М. Влияние гидротермальной обработки на сульфатостойкость портландцемента и глиежцемента. // Автореф. дисс. к.т.н. Ташкент: АНУзССР, 1963. - 21 с.

104. Миланич Т.А. Влияние вяжущего на структуру и свойства бетонов на шлаковых заполнителях // Автореф. дис. на соиск. уч. степ, к.т.н. / ЛИСИ. -Л., 1986.-22 с

105. Заславская С.И. Исследование возможности регулирования прочности искусственного камня, полученного в автоклаве из побочных продуктов промышленности// Автореф. дис. на соиск. уч. степ, к.т.н. / ЛИСИ. Л., 1974.-23 с

106. Гец В.И. Влияние температурного фактора на процессы структурообразования и свойства шлакощелочных бетонов// Автореф. дис. на соиск. уч. степ, к.т.н./ КИСИ. К., 1983. - 24 с

107. Нурматов Ш.М. Исследование возможности повышения кислотостойкости клинкерных материалов и портландцемента // Автореф. дис. на соиск. уч. степ, к.т.н. / Ташкент: АНУзССР, 1969. 21 с

108. Авершина Н.М. Закономерности кинетики коррозии на стойкость бетона с активным заполнителем // Автореф. дис. на соиск. уч. степ, к.т.н. -Воронеж: ВГАСА 1995. 20 с

109. RegourdM. In8thICCC, Vol. 1, p. 199(1986).

110. SamaddarВ. andLahiriD.-"Trans.Indian.Geram.Soc", 1962, 21,75

111. Powers T.C., Structure and Physical Properties of Hardened Portland Cement Pasts. "Journal of the American Ceramic Society", 1958, vol.41, Nr.l.

112. Nurse R.W. and Midgley H.G. (Edted by Taylor, H.F.W) The Chemistry of Cements, vol.2, Academic Press, New York, 1964.

113. Hanada M., Tanaka H., Sakurai S., Chikano T. and Murakami K.-"Yogyo Koyaki Shi", 1960, 68, 307

114. Kalousek G.L.- "J.Am.Concrete Inst.", 1954, 25, 365120

115. Kalousek G.L. Tobermorite and Related Phases in the System Ca0-Si02-H20. "Journal of the American Concrete Institute", 1955, vol.26, Nr.10.

116. Heller L., Taylor H.F.W. Hydrated Calcium Silikates, Part IV Hydrotermal Reactions:Lime:Silica Ratios 2:1 and 3:1 "J. of Chem.Soc.", 152, 1952, July, c.2535-2541

117. Midgley M.G., Chopra S.K. Hydrothernal reactios in the lime-rischpart'of the system CaO- Si02-H20. Concrete Research", 1960,12,№ 34, c. 19-26

118. Midgley M.G. and Chopra S.K.-"Mag.Concrete Res.",1960, 12,73

119. Lommatzsch A.-"SilikatTech", 1956, 7,468

120. Thorwaldson T. Joura.Amer. Concrete Inst, v.27 №7, 1956

121. Regourd, M., Mornain, H., Aitcin, P.-C. (1987). Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 85, 77

122. Smolczyk, M.-G. In 7th ICCC. Vol. l,p. 111-1/3 (1980).

123. Demoulian, E., Gourdin, P., Hawthorn, F. and Vernet, C., In 7th ICCC, Vol. 2, p. 111-89 (1980).

124. Regourd, M., Thomassin, J. H., Baillif, P. and Touray, J. C. (1983). Cem. Concr. Res. 13, 549.

125. АССОРТИМЕНТ ПРОДУКЦИИ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

126. Доменный гранулированный шлак предварительно высушивается до влажности 2-3 %, затем измельчается в шаровой мельнице до удельной1. Г}поверхности 350.400 м /кг.

127. Шлаковый песок заполнитель, сушится и без предварительной обработки поступает в смеситель.

128. Портландцемент используется без обработки.4. СОСТАВ ШИХТЫ

129. Содержание компонентов, мае. % В/Т

130. Шлак гранулированный молотый Портландцемент Шлаковый песок55 20 25 0.17

131. Дозировка твердых компонентов шихты осуществляется на дозаторе циклического действия АДУБ-425Ф, с погрешностью отвеса ± 2 %. Дозировка увлажняющего компонента (вода) на дозаторе АВДЖ-425/1200Ф с погрешностью отвеса ±2%.5. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ШИХТЫ

132. Прессование изделий производится на прессе СМ 1085 с усилием 20 МПа.

133. Для изделий нормальных размеров устанавливается от 8 до 9 ударов в минуту. Для прессования фасонных от 6 до 7 ударов в минуту.

134. Прессформы должны изготавливаться из цементированных стальных пластин и иметь шлифованную поверхность без раковин, зазубрин и изношенных углов и кромок.

135. Прессформы должны иметь конусность с расширением по направлению выталкивания сырца 0.5 мм в сторону. Зазоры между стенками и штампом допускаются не более 0.5 мм.

136. Тепловлажностная обработка.

137. Осуществляется в автоклавах при температуре 160 °С, давлении 0.6 МПа, по режиму 2-8-2 ч.

138. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ, КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

139. Средняя плотность (рср), прочность на сжатие (ссж), водостойкость иморозостойкость определяются в соответствии с ГОСТ 7025-91 и ГОСТ 846285. Качество изделий с учетом требований ГОСТ 37995-95.

140. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.1. Весы лабораторные.

141. Прибор для определения удельной поверхности ПСХ-4.3. Морозильная камера.

142. Пресс гидравлический с усилием 50 т.

143. Технологическая схема производства силикатного кирпича из низкоосновныхдоменных шлаков1. Формование изделий

144. АССОРТИМЕНТ ПРОДУКЦИИ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

145. Строительные блоки, изделия для подземных и гидротехнических сооружений, водоотливных колодцев, теплотрасс.2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОДУКЦИИ.7рср 2000.2200 кг/м , асж - 50.85 МПа, сюг - 14. 17 МПа, морозостойкость более 200 циклов.

146. Доменный гранулированный шлак предварительно высушивается до влажности 2-3 %, затем измельчается в шаровой мельнице СММ-205 долудельной поверхности 350.400 м /кг.

147. Заполнитель шлаковый песок ГОСТ 9757-90, сушится и без предварительной обработки поступает в смеситель.

148. Портландцемент используется без обработки.4. СОСТАВ ШИХТЫ.

149. Содержание компонентов, мае. % В/Т

150. Шлак гранулированный молотый Портландцемент Шлаковый песок30 20 50 0.32

151. Дозировка твердых компонентов шихты осуществляется на дозаторе циклического действия АДУБ-425Ф, с погрешностью отвеса ± 2 %. Дозировка увлажняющего компонента (вода) на дозаторе АВДЖ-425/1200Ф с погрешностью отвеса ±2%.

152. ПРИГОТОВЛЕНИЕ БЕТОННОЙ СМЕСИ

153. В принудительный смеситель СМС-95 загружают сухие компоненты, перемешмвают в течение 5 мин, увлажняют, перемешивают увлажненную смесь 5 мин.6. ФОРМОВАНИЕ

154. ТЕПЛОВЛАЖНОСТНАЯ ОБРАБОТКА.

155. Осуществляется в пропарочных камерах при температуре 90 + 5 °С, по режиму 1-4-4.5 ч.

156. Изделия прошедшие тепловлажностную обработку направляются на склад готовой продукции. В зимних условиях рекомендуется искусственная сушка изделий теплым воздухом при температуре 30.40 °С и относительной влажности 60-70 %.

157. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ проектная марка бетона на сжатие;

158. Технологическая схема производства строительных изделий гидратационного твердения из низкоосновных доменных шлаков1. У////////////1. Формование изделий1. Выдержка изделий