автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Строительные растворы с осадками очистки природных вод

НОВОСИБИРСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ЛНЖЕЖРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ им. В.Й.'КУЙБШЕВА

На правах рукописи ШТАБНОЙ Иван Васильевич

УДК 628.1.-004.8:6Э1.-3+691.5

СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ С ОСАДКАМИ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ВОД Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

19:7 1%

Новосиб;грск - 1992

Работа выполнена в Новосибирском ордена Трудового Красного Знамени инконерно-строительном институте им, В.В.Куйбышева

Научный руководитель - доктор технических наук

профессор Б.К.Козлова

Научный консультант - кандидат технических наук

К.В.Генцпер

Официальные оппоненты: доктор технических наук

профессор Ю.Г.Мещеряков

кандидат. технических наук Проср. В.Ф.Янчиков

Ведущее предприятие - КТБ ШИКБ, Сибирское отделение

Защита диссертации состоится 27 апреля 1992 года в 15 часов на заседании специализированного совета К 064.04,01 при Новосибирском инменерно-стронтелыюм институте им. В.В,Куйбышева по адресу: 630008, г. Новосибирск, 8, ул. Лешшградская, 113, ШСИ им, В.В.Куйбышева, учебный корпус, аудитория 306.

.С.диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ШСИ им. Ч.В.Куйбышева.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный пет чатьхз, просим направлять в адрес специализированного совета,*

Автореферат разослан

" ^" 03 1992 г,'

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат технических наук И.В.Генцяер

ORLAH XAPAKTIvFiWTi'KA РАБОТЫ

С бурным развитием городов и промышленности, ростом населения увеличивается водопотребление п количество плановых отходов, связанное с очисткой природных вод. В зависимости от назначения води требуется различная степзнь ее подготовки: удаленно взвешенных вецоств, водоумягчштэ и обоссолмга*-яшз. На каждой стадии обработки води образуются попутные продукты. Cawoit гяюготошгакнсй группой являются отходи, образующиеся при ов осветлении /осадки очистки природных вод или водопровод» нпа осадки/. В среднем на одного жителя крупного города образуется 50 х' осадка /по сухому воцеству/ в сутки. Только на насос-но-фильтровальных станциях г. Новосибирска ежесуточно образуется 500 700 тонн осадка влажностью 90 ~ 92 %, До настояшего времени практически не решен вопрос их использования» 1'оцопро-водгшэ осадки могут представлять ценность в качестве сырьевых компонентов или добавок при производство различных строительных материалов, в ряде случаев улучшая или пркднвая новые свойства последит!. При этом возможна экономия природного сырья и сниже-1Ш0 затрат на его технологическую переработку, а такхке решение экологических проблем, связанных со складированием и хранением гетоготоннажных попутных продуктов. Одним из оф$ектизних путей использования осадков очистки природных вод молот бить применение их в качество добавки к цементным материалам, в частности к цементным и сло.-лшм строительным растворил.

■ Црлъ паботч - экспериментально-теоретическое обоснование рационального использования осадков очистки природных вод в производстве строительных растворов.

- кэучаниа химического и минерального состава водопроводных осадков и ого стабильности, а такг.та свойств осадков г сравнении -с традиционными минеральными добавками;

- изучение влияния состава осадков и способов их обработка га свойства осадков и цементных материалов при их введении;

- изучение (бизико-хкшческих процессов взаимодействия осад-!ов с цементом;

- подбор оптимальных составов цемэнтно-песчалпх растворов с ;оо'авками осадлов и сложных строительны:.: растворов с новым ви-;ом минерального пластификатора;

- разработка технолог'.'« приготовления строительны-: растворов осадками очистки природных вод, изучение твхнино-оысплултпци-

нных свойств получаемых г.уггорчллэв.

Научная новизна работы;

- установлена возможность .использования осадков очистки природных вод как добавки к цементным бетонам и растворам и в качестве минерального пластификатора оложных строительных рас воров; .......

- изучен характер влияния состава, свойств, способов обработки -осадков на свойства цементного камня и строительных рас воров;...................

- установлена способность осадков очистки приходных вод по лощать известь из ее насыщенного раствора в количестве более 100 мг/г, что характерно для минеральных .добавок средней акти ностк; .

. - установлено, что добавки осадков повышают степень гвдрат ции силикатов кальция клинкера и замедляют карбонизацию извес ти в составе цементного камня;

- предложен критерий оценки качества минеральных пластифик торов строительных растворов - остаточная влажность теста пос отооса из него воды пористым основанием, положенный в основу новой - методики расчета состава.сложных растворов.

. Практическое значение работы;

- предложена методика расчота состава сло;шых строительных растворов с неорганическими пластификаторами различной природ

- разработаны составы сложных строительных растворов с нов видом мшерального пластификатора, по свойствам не уступающий традиционным цементно-известковым;

- определены оптимальные дозировки осадков очистки природн вод к цементно-песчаным растворам, увеличивающие их водоудерж Вающуго способность,, нерасслаиваемость,. жизнеспособность, моро зостойкость и снижающие усадку и водопоглощение затвердевших образцов; ....

разработан технологический регламент на производство кла дочных.строительных.растворов с осадками," .

Реализация работ». Результаты научных разработок передан в Новосибирское отделение. ВНИ1ШЭТ и использованы в проектах н темы: "Проект реконструкции водоснабжения куста предприятий К лининского района" и "Проект очистки промстоков комплекса котельной", выполняемых по заказу 0202, На железобетонном завод ПО "Северокузбассугол-/1 выпущена опытно-промышленная партия сложного строительного раствора марки 75 с осадком в качестве щнерального пластификатора. Расчетный' экономический эффект о замены известкового теста осадком составляет 5,1 руб/м3 расти ра /в ценах третьего квартала 1991 г/.

Апробация работа« Результаты работы докладывались на рес-рбликанской научно-технической конференции "Научно-технический зогросо в технологии строительных материалов" /Алма - Лта, 390 г./; республиканской научно-практической конференции "7ти-агзация промышленных отходов для производства экологичеоки чис-IX и эффективных строительных материалов" /Ровно, 1991 г./; зрвой региональной научно-технической конференция "Проблемы )вершенствования производства стеновых материалов с целью ин-Гсуриализации строительства и повышения сейсмостойкости зда->$* "аджек, 1991 г;'/; научно-практической конференции "Отхо~. 1 пр-о^водства - резерв строительства" /Севастополь, 1990 г.Д 3 - 48 научно-технических конференциях НИСИ /Новосибирск, 389 -.1991 г.г.У..

.. Публикации. Результаты исследований опубликованы в 11 пе-1тных.работах. Подана заявка-на изобретение. . . Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введе— 1в, пять.глав, основные выводы, список лзтературы из 119 ная-шовапий, 4 приложения. Общий объем рабо$$ 201 страница, в том юле текста 130 страниц, 39 таблиц, 38 рио$нпов.-

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуашюать теш ио~ хедований, научная новизна и практическая ценность работы.

Первая глава посвящена обзору литературных данных по )просам образования побочных продуктов вОдопод^отовки и их гз-1 >льзованию, На основе систематизации сведений по технологиям гастки воды предложена классификация отходов водоподготовки.

Водопроводные осадки состоят из веществ, взвешенных в очи-«мой природной воде /глинистые минерала, кварц, полевые шпа-I, гидрослиды, гуминовые/ и вшдеотв, попадающих в ооадки при ?агентной обработке воды - гидроксиды алюминия или железа, по-гакриламид и т. д.. Если технологическая схема не предусматри-тт обезвоживание образующегося продукта, такич осадки в даль-)йшем называются необработанными» При введении в них дополни-»льных.реагентов для лучшей водоотдачи образуются осадки, на-

»ваомне обработанными. ......

Данные об использовании водопр'оводкнх осадков в технолоттпг ?роительных материалов немногочисленны, Встречаятоя сведения введении осадков-в сырьевые шихты при производстве коршяпзс-IX материалов и портландцамонтного клинкера. Однако практячсо-5 не удаляется внимания их применению в строительных шторка-

лах на основе портландцемента. Мегду тем, осадки содогчщ} во-щества, которые известны как добавки к таким маториалпм» Глюяи могут использоваться вак добавки, способствующие структурообра-зованию й прочности цементного камня, в качестве минерального пластификатора в составе сложных строительных растворов. Полиш:-риламдц является добазкой, повышай1,ой прочность растворов, удлиняющей сроки схватывания к снижающей усадку, а так^же улучшающей подачу ботона и раствора насосагл. Гидроксид алюминия входи! в состав комплексных добавок к бетону. Кроме того все перечисленные вещества способны к взаимодействию с известью, связывание- которой при гидратации цемента может приводить к увеличению степени гидратации минералов клинкера и в связи с чем повышению прочности цемент еодеряалмх материалов.

Осадки являются многокомпонентной системой, влияние которой на свойства цементных материалов может существенно отличаться от действия однэкомпоненткых добавок. Взаимодействие осадков с ■ цэментом, влиянче состава осадков на свойства цементных материалов может.являться предметом исследования.

На основе анализа литературных данных по дисперсности, химическому, минеральному составу осадков и действии их еостааляю-1дих на цементные материалы была сформулирована научная гипотеза, заключающаяся в предположении полш^ункциональности действия до-' бавок водопроводных осадков на цементные растворы и бетоны: увеличение подоудерживающей способности и пластичности смесей, уп~ ' лотнение структуры, увеличение степени гидратации цемента и прочности материалов.' В заключение сформулированы цель и задачи ис-следовьишя. - . ...

Во второй -главе представлены результаты изучения химического и фазового состава и свойств осадков.

В работе приведены характеристики проб осадка, отобранных в ра^.шз периоды года на насосно-фильтровальной станции & 5 /ИС-б/.гг1 Новосибирска. ...

Необработанные осадки отличаются высокой влажностью -90 - 92 даже при длительном хранении влажность не снижается шшэ 78 %. Эксперименты показали, что высокая влалноегь осадков обусловлена главным образом наличием в них продукта гидролиза • коагулянта /сульфата алюминия/ - х-мдрокевда алюминия. Излопетпв количества вводимого флокулянта - полиакрилашда, но приводит к заметному изменению водэсодеря-акия осадка.

Основными компонентами химического состава являзтс:х 5:0г /45 _ 49 Я/.МгОз /18 -, 20 %/., Яг0з /о - 7 %/, кю®ада-ент вариации их содзркания 38? - 9„0 %. При дополптттэдьной обра--

:о ссадкоз химический п минеральный состав, а.так .та otio3eí-гагут существенно изменяться. Так, установлено, что при без-га в осадок полиакриламида и извести процесс карбонизации ■ гедней существенно замедляется, что прглодит к снижению со-!ания в осадках кальцита. . При проведений многофакторного эксперимента по снижении ностп осадков п улучкенто их фяльтруимости путем допотопного введения полиакриламида и пзвос:п с варьированием до? ,имых реагентов и ролшмов обработки установлено, что наплуч-фильтруемость достигается при 0,05 - 0,(775 % полиакриламида ухому веществу от твердой фазы осадка/, 10 - 20 % извести ересчете на СаО от твердой ({азы осадка/, скорости вращения сти мешалки 100 об/мин и продолжительности перемешивания нутн. Влажность обработанного осадка после фильтр-пресса авляет 40 - 50 %,

В главе приведены данные сравнительных испытаний осадков адиционных неорганических пластификаторов строительных рас?— в: известкового и глиняного теста. Способность пластификатов дершвать воду оценивалась по вели^птна остаточной влашоо-зста в слое тол.гпгой 5 им, улояонкого на 10 - 15 листов экательной бутги, через 20 минут лхдержки. Остаточная влав» ь-составила для необработанного ечтка - 85,1 %, обработел---71,3 %, извзсткового тоста - 4В„3#, глиняного теста -%, то есть осадки обладает ciracci лостью удерживать болызза тество влаги, чем традиционные м:г> тральные пластификатора. Структурная прочность теста пластификаторов рйзного вида тзменении влатности оценивалась но величине статического гаения сдвига на приборе СПС - 2. Установлено, что одина-5 реологические характеристики достигаются при существенно пащо^ся влатаостп материалов, Например, статическое напря-> сдвига в 70 - 80 -Па достигается при влажности глиняного i 38 - 40 %, известкового тоста 30 - 55 %, обработанного осе,".-окаю 70 S, необработанного - икало 80 %, Высказано пред« гвниэ, что использования осп.".;.as должно приводить п болея ;оЯ тзодопотрзбностп рзстворньх смесей по сравнения с цздгопту» : лишим л ц•:мвнтнo-изв&cткo^н^! растворами при условии яоетгт-. [ равной подвижности..

Осадки более интенсивно отдают свободную воду щкг гогирО'-чо?.т глкняноо или известковое тосто. Для полного янонхания »пядов ;"0 % гшлтостя осадкам требуотся 4.~ 7 суток,^ гдлня-т'зоту - 3, нзвептково!/у тесту - ' í суток. Стннгг'-'Л'тсь способность необработанного осадка

в

Изеость кз насгдцонпого водного раствора в сравнения трепалом» диатомитом к глиной •/Ойскох'с мосъ-оровдвния, каокинкто-монткорял лонитового состава/. Количество извести /мг/, поглощенное 1 г вещества, составило: диатог,тпт - 318, трепел - 142, осадок -136} глина - 80. Анализ кривых изменения количества поглощенной извести во-зремэки позволяет предположить преобладание адсорбционных -процессов связывания СаО для осадка и глинк в отли» чие от■химического связывания извести диатомитом и трепелом. По способности поглощать иззость из насыщенного раствора осадок соответствует минеральным добавкам средней активности.

Изучение различных овойств обработанных и необработанных осадков показало возможность ta использования в качества добавок к цомснтиым материале.«»

В трет ь о глаао приводятся результаты экспериментов по влиянию добавок необработанных и обработанных осадков на прочность цементного кат,них, бетона и растворов.

Необработанный осадок вводился во вое зсследуэшз материалы в количество -ч? 0 до 10 % от массы цемента по сухому веществу осадка. Водоцементноо ojsoaeirae теста нормальной густоты с увеличением количэстза осадка возрастает, а у бетона, цшоиэтю-го и цементно-известкового растворов снигается при сохранении одинаковой подвижности смесеЬ. Прочность цементного камня нормального твердокия С1ШКЕЗТСЯ при увеличении дозировки осадка, а у бетонов и .растворов сохраняется на уровне боздобаЕочных составов при дозировко редка 2 - 6 При гепловлажностной обработка прирост прочности цементного камня и бетона с 2 - (i % осадка достигает 10 - 20 Введонко осадка приводит к замедленно набора прочности бетоном и строительными растворе;® в ncpsui месяц твердения и к 2 - 2,5 месяцам составы с добавками осадка ярезооходя? по прочности контрольные составы. Эксперимент показал возможность замены до.20 % /по сухому веществ;.'/ извести необработанным осадком к составе цементно-известкового раствора Вопроо утилизации осадков не юхат решаться без учета воз можного существенного различия их состава, связанного с качает-* вом очищаемых, вод и количеством реагентов, вводимых при их очистке. Для установления- влшшкя состава необработанную осад--» ков на свойства цементных материалов был проведен мкигофактср ■» ный-экопвримон® с примэнокяам метода матвматечоскогэ и^лкровп» нкя, выполненный на щцзльншс осанках, состав ксторги картировался до виду хииеосгой соогагуиащэй взветепияс в вода »«¡¡лэссв,. по содер-талнм сульфага вжшшт и полиакралачяда, В •ий.глрсмил--

а исподъьовшга глины трех месторождений /Кутшнского, Обского,, вслнского/, имеющие разный хгагаческий и моральный состав и гютпозевяе кедру глинистой и поездкой состатшяяяимп» Дознроз-1 сульфата алюминия увеличивалась до 40 % от массы взнесенных водо веществ, полиакрилачида до 1?5 щ>/я очгацьемой еодк, Коли» зство модояышх осадков, вводимых з состав цементного теста, иь— 5пялось от 2 до 10 % от мае он цемента, Наибольшее влияние на юйства цементного тзета к камня окаглзею? преданпюа содоряа-гэ осадка и дозировка сульфата олэт.лтл при его получении, Узе-¡чаяпз в осадках количество продуктов гидролиза сульфата шаски— гя привод!.* к увеличении водопотргбнсста теста к, нак следст-

еяилтошм плотности и прочности шчшп3 Поялакриламцц при об-боткэ води вводится г незначительны:: количествах, вероятно, по •ой причине его влияние на прсчиоол образцов цокэнтною кш.ия зшпптзлтлга» Установлено, что вил глина, модолиряодой сопгп

ея!г:гшш: в водо в.звэств, явля2тсл мзясзпачишм фагеором. В

ковром г.э па спойогза кок осад»«, та:: и материя-топ, приготоз-

о их использованием, папбо:аазо аггяпггэ оказывает вид л лечосмо реагечтов, использускгх-пря стазткл природных вод,

Поаледуплая обработка осадков, преследующая цэль снижения влахносот, возможна различными способам, Способ обработки зеотвенно влияет как на свойства самого осанка, так и на свой-ва пзментного теста и кш!ня с добавкой осадка. В ргбете рэс-атриваютсл.10 различных способов обработки осадков. При этом талоне, что введение з осадок полиакрилпьида, извести ллн то— и другого, золы бурых углей, а тактл обработка серной кис-гой 'Л содой пртаолят к еккхшшо структурной прочности 0С8ДКСЭ, еттонио нормальной густоты тоста с обработанном осадкой, по эзнешпа с, таким же количеством необр1бста'"нлго, достигается сько пр" некоторых из васа..;отран::их способов обработки ооад-. Каибольп'эго.снижения водопотребпссги тзета удается достичь х соработка эоедка.содой, вводоттем 20 % соХы, а так-хо поли-знл&'ят.а я извести. Методы температурного воздействия на ;сзд-/нагревание до 100е С и охладдсн,.е до -4° С/ не приводят г: )еста°по:<у сняхешзз •::: влакностп и иорм^гьной густот» ьриго-цгенчого о тг ми тоста. Прочность камня с добавкой осадка зг-» ¡и? кат ст способа обработки, так и условий г. зерденпл. При фчении при яропариванпи пречиоегь камня с обработанном лабш споссбог озаяком внпго, чем с пеобраЗотонкш, ** при творлзнея :оздушго-оухп:с условиях наоборот. Из р^е:; р-сс: :огреь:шх сро«. обработки ос."дкоч на основании оАТвятпзноста их вогдо..г?-

вия, изученности и возможности практического применения был выбран способ последовательной обработки осадка полиакршгам и известковым глолокоы, которой был положен в основу многофа ного эксперимента, устанавливающего характер влияния назван компонентов /их дозировок в осадки/ на эффективность утилиз отходов. Установлено, что при введении осадков, обработанны лиакриламвдом к СаО, в состав цементного камня и тяжелого б па основное влияние.на прочность.образцов оказывает не так тав осадков, как его процентное содержание в материале. Для строительных растворов.основным фактором является количеств агентов, попадающих в осадки при его образовании и обработк При этом установлено, что лучшими свойствами, позволяющими но утилизировать осадкп, обладают те из них, в которых соде ся возможно меньшее количество гвдроксцца алюминия и при об ботке введено 10 - 20 % извести /в пересчете на СаО от твер Фазы осадка/ и около 0,075 % полиакрилаыида. Обработка осад полиакриламвдом и известью позволяет увеличить процент заме извести в составе сложных .строительных растворов до 40 %.

На основании результатов проведенных экспериментов еде вывод о том, что наиболее эффективным направлением утилизам осадков является использование их в строительных растворах: качестве добавки к цементно-песчшшм растворам, в составе с пого пластификатора /известь+осадок/ извостково-цэментных р воров и в качестве нового вида минерального пластификатора.

В четвертой- главе рассматривается роль минер них пластификаторов в - строительных растворах, приведена мет ка-расчета состава сложного строительного раствора, результ исследований.технологических свойств растворных смесей с дс к&ми осадков, строительно-технических свойств и структуры р воров, фазоврго состава цементного камня с осадками.

Роль минеральных пластификаторов в строительных раствс заключается в увеличении подзшяюсти, нерасслашзаемости, е удерживающей споообнооти смесей при. приготовлении и транспс ровалпи, а тшиже в сохранении пластичности растворного слс после нанесения но лористоо основание в условиях интеноывне отсоса воды. Топкодиспореныо попутныо продукты промышленное в том число-водопроводные осадки, обладающие высокой водоуд кивающей способностью,-могут быть аффективными минеральным пластификаторами, растворов.. Особенности свойств нетрадицко! пластификаторов затрудняют установление оптимальной дозирог

1L

ях в растиорннв смесп. Предложено критартм оцзнли качества минеральных пластификаторов различной природч считать зэлпчцну остаточной вдазности.теста пластификатора после свободного отсоса из. него води пористым основанием. Предполагается, что поело укладки раотвориой смеси на пористое основание /кирпич, бэтой/ и отоаонвения им свободной роди, минеральная добавка бу-дзт. находиться в тело материала в аналогичном состоянии. Пока-ватоль остаточной вл&вдоотя положен в основу разработанной.методика расиста состава сложных строительных растворов, ясполь-зутжцэй метод абсолютных объемов.

Раоход поока на 1 м3 раотворной смэои рассчитывается по формуле; (т)\

Па ггм./, i ' W

г . Jhn Л

где Van - пустотность песка в рыхлом состоянии;-

-Ли, jn ■ - насыпная и иотицная плотнгсть песка, т/м3{ ' ^ - коэффициент раздвижки аереп пеока. Для раотворки>'

смесей подвлжноотыо 6 - 10 см <L =• 1,2. . Расход минеральной добавил в соотоянш. естественной влаа-пости /*/г

ГД\ Woo - остаточная влажность добавки ^ относителькк.с гдг-

.. НШЩХ}. ......

%>s - влажность добавки в естественном состоянии в от-* - носитольних едлняцах|

So - раоход добавки в ооо*оя№.и остаточной влажности т, рассчитываемой по формуле:

а

0 ( i+КЛо '

гдо .51 о - плотность добавки в оостоянии остаточной тл'лжс.-. т::, т/м3} . J4 - истинная плотносаь цемента, т/мпJ . 3 Ц - расход цемента на 1 м3 растворной смоса, Полнима-

ется по справочным.дялшш в зависул.лста от глрия раствора и цемента;

козф&лиент, зависящий ")Т ЗСДШ'НОЙ пэдьлжюстя

К -

растворной смэси. При подепгл;ости 6 * 10 см К « 0,6 ~ 0,7.

Длотнооть добавка в состоянии оотг:гоч;гой алаяносгя можно ре.псчктать по формуле!

Р '

Д>„» ' (4)

О I -л

где к»ее - плотность добавки в естественном состоянии, т/м , Расход води на 1 м5 растворной смеси ы3 ;

Данная методика расчета состава олокного строительного раствора позволяет при минимальном объема корректирования замесов добиться заданного эначетш подвижности, удовлетворительной 'вадоудорживакхдей способности и нерасолалБаемости смесей.

Рассчитали составы слог,них строительных'растворов марки 76 подвижность 6 см /табл, 1/.

- - Таблица Г

• Состава.елснншс строительных растворов

Над пластификатора Характеристики пластификатора Соотав по массе сухих веществ Расход на 1 м3 раствор ной смеси, кг,

IV ''г>о цемент песок добавка во

Известковое 0,53 0,48 1,4 1:0,31:5,76 240 1383 163 ?Л

тесго

Необработан- 0,91 0,86 1,06 1:0,093:5,76 240 1333 250 1!

ный осадок

Обработан- 0,82 0,71 1,13 1КЗ, 191&,76 240 1383 256 К

т;й осадок

Для доотиааняя одинаковых показателей по подвижности, вот удерЛиваицей способности и нерасслаиваемости смесей необходимо вводить меньшее количество осадка /по сухому веществу/, чем извести. ■

Комплексное нзученио свойств цэментно-песчаного раствора с добавками 2 10'% обработанного и необработанного осадков и казало, что введение осадков приводит к увеличению водоудергя-

ссхьвй omoo6aooгa^ иерасслаиьаемоата « .•шэкэспособноогя раот-т-о]лшх смесей, сажает усадку и водопоглощэниз растяоров, позы« Елзт их морозостойкость. Новшеств :гязн8споссбпосгз смвсой, 0Ц9-швазкой по началу схватывания цементного теста , до 10 и более часоз значительно сократит потери, связанные с прэлдОиремонним 'схаатнпшпем смесей. Добавки сомедляот набор прочности в говном соэрасто, но п двум месяцам гсюрдекзя она провютаот уроЕога боз-добавочного оостава. Оптиматьпой дозировкой добавки осадков можно считать 4 « 6 % /табл. 2/.

Свойства сложных раствороз с разним видом минерального пластификатора /составы по табл. 1/ близки /табл. 3/. Растворы о осад». кйш медленное твярдеэт, по к возрасту 2,5 моояца прочность на отличается от цементно-известкового раствора, а з болоо поздние сроки прсвипает ее. При испытании образцов при замачивапии и попеременном' умаяно шш высушивании растюры с осадгама проявляют более высокую стойкость, чем цементно-известковые. Это об:меняется приростом прочности за счет продолжающейся гидратации цэмэнта при насыщении материала водой, Адгезия сложных растворов к керамической плитке составляет' 0,17 ~ 0',2 Ша. При испытании разру-.язйие у растворов с ссидкаш происходит по объему раствора, а у цементно-известкового - по контакту с керамической плиткой. Растворы с осадками более сульфатостойки /испытания в раствора сульфата натрия/ и менее кислотостойки /испытшыя в раствэрэ соляной кислотн/, чом'цзмонтио-изпестковмй.

Экспериментами, стсвшппгл в дачной главе, установлено, что . наиболее благопргчтннм является введете осадка не последней стадии перемеетвения цементно-песчаной смеси с остатком вода затворения. Существует оптимальный интервал времэни между моментом приготовления смеси.и ее укладкой. При этом растворная смеоь при твердении набирает максимальную прочность.'Продолжительность оптимального интервала тем вше, чем больше дозировка осадка /у раствора о 6 % осадка - 5 - 5 часов, С 10 ?! осадка - 0 часов/. Еидер-ипатю смесей оптимальное время перед укледкой позволяет получить прочность 5зып:е на 20 - 25 Наиболее благоприятными условия;.« твердения рагтворов с осадками являются условия повы-еганной влажности.

Исследовашя норовой структуры по канетпке г-одопоглощония и методом ртутной порометрии показали, что сложные растворы о осадками з качестве пластификатора по характеру коровой структуры являются переходит® ог цементно-песчаного к иэмпнтнс-извэст-

?г.5~дп. 2

1арактерпстикк цемснтно-песчаного "раствора состава 1:4,5 с'добавками осадков

• Вид осадка Коли- Водоу- Жизне- Средняя плотность, Цредел проч- Усад- Водопог- Морозо-

чество дерют— сла- способ- г/си , ности при ка Б лощениа стой-

осаяка вапц&я ява- ность, сгатии ЫПа, возрас- по.мас- кость,

от кас- спо- екэ-!- мин раствор- раствора 28 сут 60 сут те 28 се, % циклы

са да-. соб- - сть. ной сме- суз , %

манта,^ НОСГЬ % си

— П Э4>34 13,2 272 2,05 1,92 14,3 15,2 3,01 6,52 95

9^42 10,3 £30 2,05 ■1*92 10,4 16,1 1,93 4,10 155

обработанный 6 95,02 11^5 605 2,06 • 1,93 12,2 18 >1 .1,72 Зф 55 150

Тгйлгпха 3

Заршнгеристиви ■ сложных ■ строительных растворов

.Вид слас-ифика-тора Водау- Биицая сиособ носта, % Вао- слаи- Еае-- кэсть, % , Средняя плотность, г/см3 - Предел прочности при сжатии, МПа, в возрасте, сут Водопое лощение по -i.se— се, % Морозе ^ -стой—. кость, циклы Г\ нас ргг " сих Коэффициент воздухо-стоС-кости

растворной смеси раствора в-возрасте» сут,

23 75 360

•28 360

25,6 7.8 2,03 1,88 1,89 6,0 6,8 8,9 11,6 50 о;81 0,91

ЕзобработьнтгР 1 8,2 2,02 1,89 .1^21 4,5 6,3 -»2 1123 65 1-,12 1,50

осадок _ V V V . -' - - -

обработаннай 92*4 •8Д .2^04 1^88 1492 _5,4 •е,7 11,7 60 0,98 Г, 51

м

сладок

ково'.зуо В связи о этим им присущи более высокая морозостойкость и низкая всжгаша водопоглощения, чем у цементно-известкового, и меньшая усадка, чем у цементио-песчаного 'раствора,'

Изучение продуктов гидратации цемента с добавками осадков, производилось на искусственном кошо методами рентгено^азового, даТ^эрешотплыю-тершческого,. химического анализов и ИК-спектро» сиопии. Установлено, что введение осадков не приводит к качественному лЕмонешш фазового состава цементного камня. При зтом увеличивается степень гидратации минералов-силикатов клинкера, Карбонизация извести в образцах протекает различно. Введение осадков сшшют степень карбонизации, в наибольшей. степени ото присуще добавкам необработанного ссадка /табл. 4/»

Таблица 4 •

Результаты изучения фазового состава гидратпровяппого цемента

Вид и количество Степень Содержание СаО, Степень

добавки гидратации в карбониза-

силикатов Са(0Н)2 СоСОз ции

- 23,2 3;93 4,74 0,543

необработанный 42,6 6,53 3,07 0,372

осадок, 4 % - . - -

обработанный 27,G 4,97 4,45 0,472

осадок, 4 %

Пятая глава посвящена вопросам практического использования осадков и расчету окопоглической сффективпости.

Объемы образования осадков очистки природных вод на водбпро-В0ДШ1Х станциях г. Новосибирска достаточны дал обеспечения бесперебойной работы в точение года 4-9 растворных узлов с годовой производительностью £0000 м3 растворной смеси.

Перевозу осадков мокло осуществлять автосш.тосваламя при влажности необработанных осадков не более 40 %, для обработанных - но более СО %. Транспортировании осадков влажностью бола о 70 % возможно по трубопроводу. Обработанные осадки поело отжатая на фильтр-прессе имеют влажность кока менее СО % и не смерзаются; При использовании осадков п зимний период года возмояпо их сое-« коотпоо введение с противоморозпнмч добавкаг.*а наиболее ппрохсо п-ппмп1шс;л!™и в отечественной прот/шилетгостя, а пмепно хяорзде:*

и нитратом натрия. При их введении растворы, как с пластификатором осадком, так н известковым тестом, набирают за 28 суток твердения при температуре -15° С около 30 процентов прочности от уровня состава, твердевшего при температуре +18° С«

Использование осадков возможно на существующем оборудовании растворных узлов, специализирующихся на производство сложных строительных растворов с использованием в качестве минерального пластификатора извести. При этом'осадки, обезвоженные до влажности 50 - 60 %, должны подаваться в известегасильный барабан и диспергироваться с дополнительным количеством вода, В злмлее время следует предусмотреть подачу подогретой воды. Осадка более высокой влажности не требуют дополнительной диегшргащи и могут подаваться в расходный бак пластификатора. В дальнейшем технологическая схема но протерпсвает изменений.

Опытно-промышленная проварка результатов исследования ползу' вердила возможность применения осадков в качество шноралыюх'о пластификатора, полностью заменяющего известковое тесто, в условиях типового растворного узла.

Прл использовании водопроводных осадков в производстве растворов достигаются экономически?* и экологический эффекты: снижение себестоимости готовой продукции, улучшение обеспеченности производства материальными ресурсами снижение потерь от преддеврзмеиного схватывания растворных смесей, уменьшение площади отчуддаемлх земель и сокращение расходов на сооружение отвалов, сгоэдеша сбросов в водные бассейны. Расчетный ^кономичэо кий эффект "только от замени извести осадками. для "условий растворного узла завода ЕШ - 3 Сцбакадемстроя г. Новосибирска с годовым производством растворов 6C0Q0 ы3 составляет 306 ть'о. руб ила в расчету на i ы3 раствора - 6,1 руб /в конах третьего квар» тала 1991 года/,

0C40ESPJ2 BÜE0да

1; Хямичеокий состав необработанных осадков очгсткз природных вод одного водоисточника достаточно стабллен /коэффатарк? вараацзи оодвркаиад основных оксидов 3,7 - 3,8 %/„ кЬпшриль» Ций ооотав осадков прадставлзн глигостша шнзраламп, rjûpu;g.v, гадцх-олвдама, полевша шпатов:, гкдроксадо!.. ьлгаишя.

На состав к свойства осадков сусестиь^Но вл.хянли окьзи»гг»7 зид и количество реагентов, попадаетдо: в. с седок г.а;; при его об.» раеоврнии, так »х последней обработке,

2. Властность осадков после отсоса из них води пориста?.! основанием значительно выше, чем у традиционных минеральных пластификаторов /глиняное, известковое тесто/. Статичгокоо напряжение сдшга 70 - СО Па характерно для осадков влажностью

ТО - 05 дая известкового теста при влажности ЕО - 55 %% глиняного теста - 35 - 40 %, Осадки более интенсивно отдают веду при испарении чем глиняное и известковое тесто. Необработанные осадки очистки природных вод обладают способностью поглощать известь из насыщенного известкового раствора в количестве» характерном дая минеральных добавок средне:! активности.

3. Установлено, что состав пеобработашшх осадков, полученных при осветлении природных вод, влияет 1:1 свойства цемснтсодер-кащих материалов. При этом в наибольшей степени на свойства теста и камня алияет содерглние веществ, вносимых й осадок прп обработке води. При увеличения количества сульфата алюминия увеличивается нормальная густота теста, сшгкаптся плотность и прочность искусственного камня. Минеральный состав глинистой составляющей взвешенных в водэ веществ оказывает незначительное влияние на свойства теста и камня,

4. Оаособ последующей обработки осанка влияет как на сзо&. ства самого осадка, так и на свойства цементного теста и камня. Наиболее перспективным с точки зрения утилизации в цементные материалы мокно считать способ обработки осадка полишернла-ллдогл /0,05 - О,1. "/ и известью /10 - 20 % по СаО от твердой фазы осадка/.

5. Наиболее элективным направлением утилизами осадков является использование их в стрсителышг растворах. Добадка

2 - о % осадков позволяет повысить кизнеспособность, нерасслач* ваемость, водоудерживаодую способность, прочность, морозостойкость и снизить усадку цомонтнс-посчаных растворов. Замена Я. -40 % извссти в составе цементно-извеотковых растворов поасслмз получить равнопрочные, равноподвижпыо состазы. Испслх->зоЕв!„1о осс\дпоз з качестве шнералъного пластификатора дая г.ое.'гз ¿..г»

слог-лого строительного' раствора обеспечивает ему своЗетн^, С-глзкю к цементно-известковому,

6. Прэдлокен ;срлторяй оценка кггюотгп минеральных плис г. >• фякаторов рааязпкой природы - остаточная влаапость тоста п?с ; отс.зса в-зм порастим основанием, положенный я основ:/ ра5рж?отач~ 'гоII г.'отодл.'л расчета состава слоаяых отрсительнга: раз?порс:ч р£сс'Я1'/л.ч"? состхт сложного строятошюго раствора о кссс^-а?;*

нием в качестве минерального пластификатора необработанного п обработанного осадков очистки природных вод. Расход осадков по сухому веществу меньше, чем-извести, при одинаковом качестве растворов.

7. Сложные растворы с осадками отличаются замедленным.набором прочности в ранние сроют твердения, к возрасту 2-2,5 меояца прочность достигает уровня цементно-известкового раство- . ра, а в более поздние сроки превышает его. Наиболее благоприятна» ми для твердения.растворов с осадками являются условия с повышенной •влажностью.

8. Поровая структура сложных растворов с осадками является переходной от цементно-песчаного к цементно-известковому раствору; Комплекс исследований показал хорошие водо-, воздухо- и морозостойкость новых видов слотших строительных растворов, что позволяот прогнозировать их высокую долговечность.

9. Введение осадков в цемент не приводит к качественному изменению фазового состава продуктов гидратации, повышается степень- гидратации силикатов кальция клинкера, при этом замедляется процесс.карбонизации извести в составе камня.

10. Опытно-промышленная проверка результатов исследований показала, что выпуск новых видов строительных растворов с осад-« ками очистки природных вод возможен по существующим технологическим схемам растворных узлов. Расчетное снижение себестоимости за счет полной замены извести осадком в составе сложных строп«, тельных растворов составляет 5,1 руб. на-1 м3 растворной смеси.

Основное содержание работы.изложено в следующих публикациях:

1. Козлова В.К., Генцлор И.В., Штабной И.В. Использование осадков очистки природных вод в производстве строительных растворов //. Промышленные отхода - резерв строительного производства': Тезисы.докл. республ. конф,- Севастополь, 1990,- 1 ч.- С. 114»

, 2. Козлова В.К., Генцлер И.В.,.Штабной И.В. Пути.утилизации осадков водоподготовки // Тезисы докладов научно-техн. конф. НИСИ.-,Новосибирск,. 1990,- С. 139.- 140.-

• 3; Козлова В.К., Штабной И.В., Генцлер И.В. Строительныэ растворы с добавками осадков очистки природных вод // Научнотех»-шческий прогресс в технологии строительных материалов: Таз,юн республ. научно-техн, конф,- Алма.- Ата, 1990.- С, 6.

4. Козлова В.К., Генцлер й.В,, Штабной И.В. Втаянко сс'ди-я» природных вод на цементсодовжащиа материалы // Известия ву.'-->/:

Строительство и архитектура, 1991,- Л 2,- чх. -- яз.

5« Козлова В;К., Гепцяор Шгабно'1 И.В. Влияние шк?-

ралькых пластификаторов па свойства ¡сладочзых растворов // Утилизация промышленных отходов для производства экологичосгя чистых и эффективных материалов:- Тозгсн докл. реепубл. паучио-практ, коиф.--Ровно, 1991,- С. 71 - 72,; .

6. Генцлер П.В., Штабной И.В, Модифицирование водопроиод-ннх осадков для повызгегая их утилизации в строительтшз растворы // Проблемы совершенствования производства стенознх материалов с целью индустриализации строительства и повышения соВсмо-стойкости зданий I Тезисы докл. 1-ой регион. научко-твхн. зданф.-Еишкок, 1991.- С..35.

7. Козлова В.К;, Гекпдер И.В., Штабной И.В. Эффективный минеральный пластификатор для строительных растворов // Приотез-довый рекламный люток.- Новосибирск: НИСИ, 1991.

Э. -Козлова З.К., Генцлер И.В., Штабной И.В. Строт1таи>н1Й раствор с осадками очистки природных вод // Тезисы докл. ппучно-техн. конф. НИСИ.- Новосибирск, 1991.- С. 8.

9. Дровзрка возможности утилизации осадков от очистки лр:!~

' родных вод в бетонах и растворах / Заключительный отчет но НИ? //' Новосибирский инязнерно-строителъныЯ институт; Руководитель . темы В.К.Козлова} Ответственные исполнители И.В.Генплер, !{.В» Штабной й ГР 01890058122,- Новосибирск, 1991,- 80 с.

10, Штабной И.В. Расчет состава сложного стрслтельнс-.-о раствора // Известия вузов. Строительство и архитектура, И [>-;,--

11; Козлова В;К., Генгтвр И.В., ИтабяоЗ Особенное. свойств кладочных растворов с добавками осадков очистка прярих-пых вод // Известия вузов. Строительство и архитоктура9 '--"З, ■

-V 2.