автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Свойства и технология изготовления серного бетона на основе серосодержащих отходов промышленного производства

1ЯШКСТЕРСТВ0 ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ОДЕССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА К АРХИТЕКТУРЫ

СВОЙСТВА И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЕРНОГО БЕТОНА НА ОСНОВЕ СЕРОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

р Г Б ОД

На правах рукописи

; ХОРЖЕВСКИЙ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ

Одесса - 1995

Диссертация является рукописью

Работа штолпена в Украинском научно-исследовательского и проектно-конструкторском институте строительных материалов и изделий

Научный руководитель: д.т.н.,с.в.с. Орловский Юрий Игоревич Официальные оппоненты:

1. д.т.н.,проф. Чернявский Вячеслав Леонидович

2. к.т.н.,доц. Коваль Сергей Владимирович

Ведущая организация: Государственный институт горно-химической промышленности.Львов

Защита состоится " ^ 1995 г. в час. на заседании специализированного ученого совета Д.05.09.02 Одесской Государственной Академии строительства и архитектуры по адресу: 270029,г.Одесса, ул.Дидрихсона, 4, ауд.210.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Одесской Государственной Акадешш строительства и Архитектуры по адресу: ул.Дидрихсо-на,4. // .

Автореферат разослан г ^ 1995 г.

Ученый секретарь

спсциадизировадного ученого совета^^&м/цы» Малахова Н.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Природным сырьем для получения серы являются серные известняковые руды. Содержание элементарной серы в руде, поступающей на переработку, составляет около 20 %, т.е. на каждую тонну добываемой И8 руды серы приходится 4 т отходов.

В настоящее время на предприятиях серной промышленности скопилось значительное количество отходов, утилизация которых приобретает весьма актуальное значение по ряду причин.

Основными причинами необходимости утилизации отходов являются следующие: под накопителями отходов заняты плодороднее земли; транспортировка отходов к накопителям обходится очень дорого; строительство накопителей требует крупных капитальных затрат; всевозросталцие требования экологии и охраны окружающей среды.

В связи с этим ведутся интенсивные поиски оптимального использования серосодержащих отходов в народном хозяйстве. Одним из реальных направлений их использования является промышленность строительных •„•.атериалов.

Б последние годы в технологии бетонов появилось новое направление - использование технической элементарной серы для производства бетонов специального назначения и различных композиционных материалов на основе серного связующего.

Исследованиями проведенными в этом направлении показано, что на основе серы можно получить целую гамму высокоэффективных компо-зкний строительного назначения: мастик, бетонов, защитных покрытий, пропиточных составов. Это позволяет предположить, что серосодержащие отходы могут служить также пенным сырьем для этих целей. Для Украины использование серосодержащих отходов приобретает особо важное значение, особенно в западном регионе, где сосредоточена основная часть добычи природной серы. В настоящее время на предприятиях.

выпускающих минеральные удобрения, производящих серную кислоту и других производствах, связанных с переработкой серы, скопилось большое количество отходов, содержащих от 3 до 60 % и более элементарной серы.

Тема ,настояшего исследования является составной частью комплекса работ, предусмотренных "Координационным планом научно-исследовательских работ и опытно-промышленного внедрения серных бетонов и цементных бетонов, пропитанных серой на 1986 год я 1986-1990 гг.", утвержденным Госстроем СССР 13.05.85 г., * 15-683 /шифр программы 1.1.15.3 Госзаказ Л 05-0074-87/.

Целью работы является научное обоснование использования серосодержащих отходов Предкарпатских предприятий для производства серных бетонов и изделий на их основе.

Объектом исследований являлись многотоннажные отходы двух предприятий Львовской обл. йо добыче серы из серных известняковых руд -Роздольского и Яворовского.

Научная гипотеза. Анализ химического, минералоги-

г

ческого и гранулометрического составов серосодержащих отходов позволяет сформулировать следующую научную гипотезу настоящих исследований.

Применение для. изготовления серного бетона серосодержащих отходов вместо технической серн позволит в широком интервале направлено регулировать его «физяхо-механические свойства. В процессе приготовления бетона, сера, содержащаяся в отходах, плавится и выполняет роль самостоятельного вяжущего, равномерно распределяясь между минеральными компонентами, обволакивая их, создает структурные связи кристаллизационного типа. Минеральная часть отходов играет роль наполнителя ж заполнителя.

Поскольку основную часть отходов составляет известняк, следуЬт ожидать, что серный бетон на их основе будет характеризоваться более благоприятным коэффициентом линейного температурного расширения, чем

с применением кварцевой муки и песка с более высоким коэффициента?®.

Кроме тоге' известно, что известиях: является хорошим адсорбентом и в системе сера-известняк будет способствовать нейтрализации токсичных соединений, выделяемых в процессе приготовления серного бетона, что способствует снижению коррозии оборудования и повышению безопасности производства.

Автор заандает; i

- составы серного бетона на основе серосодержащих отходов;

- результаты исследований прочностных и деформативных свойств разработанных составов;

- экспериментально-статистические модели /ХМ/, отрахаадие закономерности влияния рецептурных факторов на основные физико-механические характеристики бетона;

- результаты исследований сцепления стальной арматуры гладкого и периодического профиля с бетоноу.;

- результаты исследований коэффициента линейного температурного расширения / КЛТР / и оценки совместной работы арматуры с бетоном;

- результаты исследований пассивирующей способности серного бетона б воздушно-сухих условиях и в воде;

- рекомеэдацик по технологии изготовления серного бетона и номенклатуру изделий на его основе.

Научную новизну работы составляй^:

- оптимизированный и научно обоснованный состав серного бетона на основе двух видов отходов: золы отстоя и "хвостов" флотации,образующихся при производстве серы на предприятиях Предкарпатья;

- физико-механичесю'е характеристики бетона, необходимые для расчета к проектирования 2м$«ёнтов и конструкций;

■- результаты исследований прочности, дефорюативности, выносливости и треишноетолкссти / параметрические уровни бетона /;

- результаты опенки пассивирухдих свойств бетона и его совмес-

тимости со стальной арматурой.

Д-Р актическое значение и реализация результатов исследований.

Научно обоснованные принципы оптимизации составов и структуры позволяют проектировать рабочие составы бетона с использованием серосодержащих отходов для изготовления строительных изделий и конструкций различного назначения.

На основе результатов исследований свойств бетона разработан технологический регламент, использованный при проектировании в монтаже трех технологических линий по производству серных бетонов.

При непосредственном участии автора разработаны следующие документа: "Рекомендации по изготовлению стеклофибробетона на основе серного свя8упцего",1993; "Руководство по применению и технологии изготовления серных и полимерсерных мастик и бетонов в строительстве",1994; "РекомендацхI по виготовленню склофгбробетону на основ1 сгрчаного в'я-*учого",1994; "Инструкция по изготовлению и применению столбиков направляющих сигнальных из серного бетона", 1994; "Рекомендации по техно' логяи изготовления серных батонов на основе серосодержащих отходов", 1995.

В 1989...1990 гг. на опытно-промышленной установке агрофирмы "Заря" /Городокский. р-он,Львовская обл./ была отработана опытная и опытно-промышленная технология изготовления тротуарных плит размером 50x50x5 см и бордюрного камня из серного бетона с использованием серосодержащих отходов. ,

В 1990 г. в г.Ново-Яворовске / Львовская обл. / на обогатительной фабрике Яворовского ПО "Сера" был построен цех по изготовление крупноразмерных конструкций из серного бетона. Проектная документация в монтаж оборудования были осуществлены Львовским инженерным центром "Строитель" при участии автора. Продукция, освоенная цехом - до -кшше плиты размером 1,75x1,0 и 1,75x1,5 м по нагрузку НК-80 и плиты зме-

сом £Сч.с0х5 г 75x75x7,5 см для полов .Ьромзданпй, покрытий площадей ■ и тротуаров.

ß 1989 Т. институтам /¡ьвовгипрокомкунстрой бала разработана

\

проектно-сметная -документация на, реконструкцию ул.Жовтневой во

/ t * ,

Львове. В качестве основания йод мозаичную мостовую использованы - сборяке плиты из серного бетона- с использованием отходов. Расчет плит был выполнен'с использованием ЭШ по программе, разработанной с непосредственным участием' автора. Представленные материалы поз-i волили запроектировать -дорожную одеялу и заложить ее в качестве основного конструктивного решения ;в проект. ~ .

" ' Производство дорожных чи тротуарных' плит было организовано в ■

j * i ' . ^ -цеху ЯворовскогЬ ПО "Qepa", где в течение 1990...1993 гг. было вн- пущено 3,2. тыс.мэ бетона с использованием 'серосодержащий отходов.

Апробапяя ' р ft б'о т н. 'По материалам диссертации . опубликовано 7 печатных работ; в том числе ""Рекомендации по техно-* логик изготовления серных бетонов на основе'серосодержащих отходов?

Результаты Исследований докладывались на .АЛШ Украинском семинаре "Экспериментально-статистическое" моделирование в компьютер^ ном материаловедении",Одесса, 1993; Межгосударственном семинаре плнал:*.з. у оптимизация грубогетерогенных композиционных материалов? Одесса,1993; I Межгосударственном семинаре "Проблемы огнезащиты строительных'материалов и конструкций",львов, I994pX£ffl Межгосударственном с «тиаре "Принятие рецептурно-технолбгичных решений по

I I - ' -

окспер.имантально-статис? ическим.моделям", Одесра, 1994; Международном семинаре "Теория к практика" строительства и" строитЗльных мате-1 риалов", Сум»,1994; лл2п Межгосударственном с^мина^ю"Моделирование н материаловедении",Одесоа,1995. .

Обьем и структур Диссертации. .Диссертация содёржит 170 страниц в'том числе 40 рисунков "и фотографий,40 табл. ¡состоит из введе-/ \ ^ ния,5 глав,общих выводов,списка литератур« из 106 наименований в

приложений.

Автор приносит искреннюю благодарность е признательность про.}. д.т.в. А.С.Сеыяёшсову /ЕйИБ.Москва/ за ценные советы и постоянное

внпиание к его работе, а также директору ШШ "Громада",к.т.н. Б.П.

©

КвадкеЕдчу за содействие при внедрении исследований в практику строительной индустрии Украины.

о

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБ01Ы В первом разделе рассмотрено состояние вопроса, сформулирована научная гипотеза и задачи исследования.

На территории Украины расположен один из крупнейших районов по добыче природной серы - Прикарпатский, занимающий часть Львовской, Ивапо-Франковской и Черновицкой областей.

Предприятия по добыче серы, в первую очередь Ново-Яворовское в Роздольское, располагают большим количеством отходов, образуших-^ ся при добыче серы как методом подземной выплавки, так и открытым^ ' способом. Другим источником получения отходов являются предприятия, перерабатывающие серу: комбинаты химической промыаглеяности, заводы органического синтеза и минеральных удобрений, серной кислоты.

Отходы, образующиеся после плавки серы в плавителях в виде шламов и золы, а также при фильтрации расплава серы, содержат 50 я выез процентов элементарной серы. Наряду с серой они содержат минеральные тонкодисперсные примеси, состоящие, в осяовном.из карбонатов. Наиболее крупнотоннажными отходами являются отходы "хвосты" флотации серных руд, образующиеся на серных предприятиях при обогащении серных руд с получением концентрата, содержащего около 70 % серы. Полученный после флотации серный концентрат направляется на выплавку серы, а отходы флотации - на места хранения /"хвостохрани-лица"/. Более крупные частицы осаждаются в зоне их подачи и после экскаваторной добыче и 2-3-х кратной перекидки частично обезвоживается и складируется в штабеля.

Исследованиями, проведенными в 1987... 1,990 гг. во Львовском филиале ШТ.СЖ и Львовском инженерном центре "Строитель" установлено, что серосодержащие отходы, такие как зола отстоя, головки плеток, серный шлам, "хвосты" флотации серных руд, могут быть использованы для изготовления серного связующего, применяемого для приготовления серного бетона, композиционных материалов и изделий различного назначения. "Хвосты" флотации с содержанием серы 5...10 % требуют или дополнительного обогащения серой или могут использоваться в смеси с отходами с более высоким содержанием серы.

Отдельные вопросы использования серосодержащих отходов в технологии серных мастик и бетонов рассматривались в работе А.Е.Никитина, выполненной в ЖКЖБе под руководством проф.В.В.Патуроева,и Б.П.Ивашкевича, выполненной во Львовском филиале НИИСМИ под руководством д.т.н. Ю.К.Орловского. Однако, комплексных исследований не проводилось и ряд вопросов до настоящего времени остается совершенно не изученными. В частности, это относится к такому важному вопросу, как возможность армирования серных бетонов стальной арматурой.

На основании анализа характеристик и свойств серосодержащих отходов добычи и переработки серы, а также работ, посвященных использованию их в строительстве, были сделаны следующие выводы.

Элементарная сера, содержащаяся в отходах, является связупцим способным создать в системе бетона связи кристаллизационного типа.

Минеральная часть отходов Предкарпатских предприятий представляет собой в основном известняк с частицами менее и более 0,14 мм, что позволяет использовать их в качестве наполнителя и мелкого заполнителя в структуре серного бетона.

В дорожном строительстве серосодержащие отходы используются в качестве минерального порошка и песчаной добавки в асфальтобетонные смеси, а также в качестве наполнителя или катализатора при низкотемпературном окислении маловязких органических вяжущих.

Наиболее перспективными отходами для использования в технологии изготовления серных бетонов'являстся зола отстоя, образующаяся при очистке выплавленной жидкой серы методом отстаивания и "хвосты" флотации серных руд. -

Исследований возможности, использования серосодержащих отходов в технологии бетона проведено явно недостаточно. Известные в этом направлении работы носят фрагментарный характер й не являются комплексные . ми законченными исследованиями.

Вопрос армирования серного бетона стальной арматурой является практически неизученным. Известные данные противоречивы, и требуют до- . тальной экспериментальной проверки. Полностью отсутствуют данные о выносливости, трещинчстойкости, длительной прочности и температуркэстоЯ-кости, что в значительной мере сдерживает практическое использование серосодержащих отходов в практике строительства.

Для достижения поставленной* цели в диссертационной работе последовательно решались следующие задачи. ■

■ . Систематизировать и изучить свойства серосодержащих отходов -Пред-карпатских предприятий как сырья для приготовления серного бетона и из--делий на его основе. '

- ' Изучить состояние вопроса использования, отходов в строительстве и возможности"армирования серного бетона стальной арматурой.

•Подобрать и научно обосновать оптимальный состав бетона с исполь-г ■зованием' отходов методами экспериментально-статистического моделирования и анализа вероятностных.показателей качества'при его структурообра-зойания. Изучить основные физико-механические свойства бетона: статиче-"скую и ударную.прочность, дефорМативность,"трещиностойкость, выносливость) истираемость и морозостойкость. Изучить вопрос-совместной рабо-ты4,стальной арматуры, и бетона и оценить её'пассивирующую способность.

■ Изучить' особенности • технЬлогии изготовления серных бетонов на осно-. ве- отходов и разработать рекомендации по изготовлению изделий и конструк-

::;ч-; ';>г их основе. Осуществить разработку г опытное 'внедрение дорож-яих лжт к -плит для сборных полов, тротуаров и площадей и оценить их эксплуатационные качества.' . '

Во.втором разделе приводится характеристика-исходных материалов, подбор состава бетона и технология изготовления опытных образцов, а гакхе методики исследования.

. В качестве связующего, "наполнителя и мелкого заполнителя для бетона использовались два вида отходов: зола отстоя,' отобранная из отстойников ЯвороЕскоЯ ГОФ,и "хвосты" флотации'Роздольского ПО "Сера". ' 3 работе Приведены гранулометрические, минералогические и химические собтаЕЫ отходов, а также их характеристики.

При изуче-нии отдельных вопросов в исследованиях, кроме отходов,

.s качестве связующего применялись: cepâ техническая элементарная под-

4 к

земной, выплавки сорта 9S20, соответствующая ГОСТу I27-7G ; химически'

чистая сера сорта ОСЧ 1676 и техническая сера, модифицированная 5 %

дициклопентадиена, который выпускается Баглейским коксохимическим

комбинатом /Украина/ и является эффективным стабилизатором серы в

- полимерном состоянии. .

3 качестве наполнителей для сопоставления применялись: кварцевая мука и.зола уноса Бурщтынской ТЭЦ с удельной поверхностью соответственно 3500 и 3200 cwr/г. При исследовании коэф{зщиента линейного температурного расширения применялась известняковая мука, полученная путем помола природного известняка до удельной поверхности 3i.20 см2/г.

.В качестье минеральных заполнителей применялись: мелкого - песок кварцевый овражный Ясинецкого карьера Львовской обл., крупного-гпанитный щебень Зировского месторождения Ровенской обл.

,!дя гсследоьангя сцеплецгя аркатуры с бетоном применялась ста-лгиая срг.-стура диаметром 10 ггл классов A-I и А-У; для коррозионных испытаний - стсрянп диаметром 8 ил, выточенные из стали марки Ст.5.

L'¿

Подбор рабочего состава бетона на основе .серЬсох.ерталшх отходоц производился способом корректировки их гранулокстр!-т-пс!сого состава путем приведения состава бетона к эталонному. Сущност!- м-тодикк такого подбора состоит в следующем.- На основе элементарной серп подбирается оптимальный состав бетона, с учетом характеристик его компонёнтов,который принимается за эталон. Енай грансостав к содержание серы.в исходном- отходе, задаемся условием, что количество серы в отходах по абсолютному значению должно соответствовать количеству сери в оптималь- • ном составе. К отходу добавляется недостающее количество компбнентов,-которое определяется как разница между компонентами- эталона к отходов.

• Оптимальный состав серного бетона -/эталон/ в г/м3 был следующий: сера техническая 0,3, кварцевая мука - О,Б, кварцевый песок с моду-ем крупности 1,9 - 0,6, гранитны!! щебень- фракции 5...10 мм. - 1,5; рабочий состав: зола отстоя - 0,591, отходы 'флотации Фракция более 0,14 мм - 0,161, менбе 0,14 мм - 0,468, гранитный.щебен£ - 1,3.

Изготовление бетона производилось по д'вухэтапной технологии. На первом этапе приготавливалась серная мастика, на втором - сёрны? бетон. Кодифицирование серы производилось i> реакторе с вертикальной лопастной мешалкой; приготовление бетонной смесй - в горячем.бетоносмесителе принудительного перемешивания. В качестве теплоносителя использовалось трансформаторное масло.

При исследованиях применялись следующие методики, '¿изико-механг-ческие характеристик»; бетона изучали с использованием гидравлического пресса и разрывной машины FK-5 с записью диаграмм "нагрузка-деформация". Деформации бетона-измеряли тензодатчиками.сопротивления и индикаторами часового типа с регистрацией показаний прибором АКЬ-Щ. Ударную прочность оценивали по методике -ЦИШСК им.Кучеренко путем испытания кубов на копре.

. Для проведения испытаний при многократногповторном. действии нагрузки была использована щброустановка в которой переменные усилия создава-

лись Л эксцсптргкад! -.¡а двух валах, вращающихся синхронно в проти-вопо.';с:-ип:х направлениях. Испытания проводились при характеристике Ц5'!'.ча нгпрянеиий 0,!; и частоте 50 гц.

Столика определения предела выносливости бетона на базе 'I :.'лн. циклов, с цельл уменьЕпния количества опытных образцов, была принята следущеЛ. Образец нагрукался с относительным уровнем нагрузки, который заведома был нкке коэйициента выносливости," равного 0,25, и испытнвался до количества циклов 100000. После этого, есл11 образец не разрушался, следующий нагружался предыдущим уровнем нагрузки V прикладывался I млн. циклов. Если и после этого образец не разрушался,.относительный 'уровень нагрузки повышали'на 0,02 V снова прикладывался I млн. циклов. В дальнейшем шаг приложения нагрузки не изменялся, но остальные-образцы испытывались полным базовкг.т количеством циклов, равным 2 млн. "Такой.подход позволил быстро определить ориентировочный уровень относительного . предела выносливости бетона, используя 2...3 образца и в дальнейшем только- его уточнить.

Истираемость бетона определялась по методике ГОСТ.12087 на .приборе ЛХИ-2 и выражалась коэффициентом истирания как отношение потери массы образца, .отнесенную к единице площади истирания.

Морозостойкость бетона устанавливалась согласно ускоренной методике ЯКИЕБ' путем насыщения образцов 5 % раствором хлористого натрия к испытания в морозильной камере.

• Изменения в структуре бетона при .действии снимающих усилий изучались с помощью.прибора УКБ-Е.1. Исследование параметрических уровней - низшей и верхней границ микротреиинообразования проводилось с•использованием методики О.Я.Берга с учетом результатов '' ультразвуковых и тенэометрйческих'измерений.

Исследования температурных деформаций проводили на дилато-' метре ЛКЗ-2 и специальной установке, 'собранной на базе сушильно-

< гг.. герксшсафа. Температура.контролировалась термоэлектрическими'преобразователями и'потенциометром.

• Сцепление арматуры с бетоном изучалось методом выдергивания- стер~-ней, забетонированннх в'центре поперечного сечения бетонних призм раз--мером 15x15x10 см. Испытание производилось на.рпзрхвно" машине ГКЛ-1. Момент начала смещения коьца стертая относительно бетона .Фиксировался микроиндикатором -с ценой'деления 0,001 мм.

Скорость коррозии ¿тальной арматуры изучалась на образцах размером 4x4x16 см с'забетонированными арг/лтуршмк'или-^ованныки до 7 класса чистоты стержнями. Критерием коррозионнух процессов являлась г.оте-' ря массы стержней, отнесенная к площади поверхности стержня.

Стойкбсть арматурной стали в бетоне изучали электро-хиг.ическим методом путем построения поляризационных-кривых, которые снимала с помощью потенциостата П-584Ч йрк скорости наложения потенциала 0,6 мб/с, определяя при этом величину тока.. Исследования проводили на цилг.ндрк- " ческих образцах диаметром,50 и высотой 80 .км. В-качестве арматуры были использованы стержни из термически упрочненной стали класса Ат-У1. По степени смещения потенциала в зависимости от плотности тока.оценивалось состояние арматуры,- защищенной бетоном.

Научной базой-проведенных, испытаний являлись труди отечествснних ученых в области бетоноведения Г.Н.ЛХЕердова,В.К.Бабушкина,Башзно-ва.П.И. Еоненова, О.Я.Берга, В. А.Вознесенского, В.Н.Вырового,Г.1 .Борчакова, И.М.Грушко.П.В.Кривешо.О.П.^чедлова-Петросяна.Б.Г.СкраУтаова.А.Г.^ей-кина.А.В.Уиерова-Карвака,В.Л.Чернявского к др.; в области бетонов, кодифицированных серой Ю.И.Орловского.З.В.Патлюева.В.М.Хрулева и др.

ТрвтиД шздел диссертации посвящен вопроса).! оптпгд'.заш'К состава и исследованию физико-механических свойств серного бетона на основе серосодержащих отходов..

На основании выбранного способа подбора состава бетона пос.троета экспериментально-статистические модели, отра-чоэдпе законсгорпосту. бди-

.xb '

я!п;<я трех факторов рлцгптур;т смрсх: содержания наполнителя, песка и |"Рб1И ис. прочность бетона пру статки, на растяжение при изгибе и на-■лглышй модуль упругости. ' ■

' Анализ экспериментально^статистических моделей показал, что наиболее 'интенсивно на прочность бетона влияет дозировка песка, причем ее jipeBicneimé на.'30...32 % ведет к быстрому снижению прочности.

•' Оценка однородности разработанного состава бетона, проведенная статистическими методами, показала, что состав характеризуется йысо-. кем коэффициентом однородности, равным 0,87.

Коэффициент призменной прочности, для рабочего состава составляв ' ет 0,78,'что укладывается в представление о корреляционной. зависимости для высокопрочных-бетонов,.'которая описывается уравнением Rb = 0.7S8R . .

. ' -Анализ отнопений R/Rbt "и_ R/i?btb показал, что. бетон с использованием4 серосодерха'цих отходов по качеству структуры не отличается от бетона на технической pepe. Вышеуказанные отношения для эталонно--го состава составляли 22,"Ли 5,2^ для рабочего - 20,7 и 6,0.

Результаты испытаний бетона на ударную прочность'показали, что -использование отходов снижает 'этот показатель пр отношении к эталону в среднем на S

■ ^одП'Тицированке серы 5 £ дкциклопентадиена повышает ударную прочность бе*сна на 28,3, эталонного-на 21,2 что связано с поиы-лечиег, энергии разрушения'и ;увеличением доли упруго-пластических Деформаций при деформировании бетона под действием сжимавдих усилий.

•Изучение дефориативности бетона на серосодержящих отходах пот-казало, что он относится!к бетонам с хрупким характером разрушения. ■ Лачалышй модуль .улрутрсти такого бетона составляет /-4,3 ± 0,1 / •I04 Жа при призменной прочности '38,3 ¿'3 МПа;

, Исследование параметрических уровней'- нижней и верхней границ микротрещинообразования методом ультразвуковой дефектоскопии и тен-

зомстр1'11 показало, что для рабочего состава параметрические уровни имеют пониженные значения по сравнению с эталонным. 2то следует объяснять пониженными адгезионными связям?, компонентов и их меньшей прочностью, что приводит к более раннему микротрещинообразовачию структуры бетона при действии сжимающей нагрузки.

Расчет параметрических уровней по зависимостям, предложенным О.Я.Бергом для тяжелого цементного бетона с уточняющими коэффициентами, предложенными И.В.Маргалем для серного оетона, показал хорошую сходимость с опытными данными / расхождение не превышало 10 % /.

Исследование выносливости бетона при действии многократно-повторной нагрузки показало, что замена кварцевой муки и песка известняковыми, а технической серы на золу отстоя, благоприятно сказывается на величине коэффициента выносливости. Коэффициент выносливости рабочего состава бетона в среднем оказался на 9 % вше, чем эталонного. Повышение предела выносливости объясняется снижением модуля упругости и уменьшением количества локальных неоднородностеЯ в структуре в результате замены кварцевого песка известняковым.

Наличие в рабочем составе бетона сравнительно малопрочных известняковых компонентов снижает износостойкость по сравнению с эталоном

/ в среднем на 4,3 % /. При этом коэффициент износостойкости рабочего

2

состава составил 0,46...О,50 г/см , что ниже требуемого ГОСТом равного 0,7 г/см2.

Морозостойкость бетона на отходах составляет 250 циклов, что обеспечивает достаточную эксплуатационную долговечность при воздействии отрицательных температур.

Основные физико-механические характеристики разработанного и эталонного составов серного бетона приведены в таблице.

в ^ТВАРТОМ Разделу диссертации приведены результаты исследования совместной работы стальной арлатуры гладкого в периодического профиля с бетоном и его пассивирующей способности.

Уахохсп~гг.гс:~я бетона на отходах со сталъно" арматурой показало, что апкероига арматуры не уступает г:п:сро2г.э з ссркса бо-тояе эталонного состава и цементных бетонах.

Сопротивление сдвигу арматура при диаметре стеретеЯ 10 мм следует принимать: для гладкой аркатуры 0,4, для арматуры периодического профиля 8 МПа.

Установлено, что на величину коэффициента линейного температурного расширения / КЛТР / разработанного состава бетона значительное влияние оказывает известняковая минеральная составлящая отходов,которая снижает КЛТР по сравнению с серным бетоном на кварцевом наполнителе и заполнителе до 10 %. Это объясняется тем, что карбонатные породы характеризуются минимальной, а силикатные - максимальной величиной КЛТР. Величина КЛТР для разработанного состава бетона может приниматься равной / 13...13,5 /-Ю-6 °С-1.

Все составы серных бетонов по сравнению с цементными характеризуются повышешшми величинами КЛТР, что связано с высокими их значениями для сери, яплязощойся термочувствительным веществом.

Что касается совместимости КЛТР бетонов со стальной арматурой, КЛТР которой составляет 12«Ю-® то цемонтные характеризуются

величинами меньшими или очень близкими, а серные бетоны, наоборот, имеют КЛТР на 5...18 % выше. Зто различие создает при повышении температуры различные по знаку напряжения, что следует учитывать при расчете конструкций на температурные воздействия. Критерием совместимости КЛТР бетона и арматуры предлагается: соотношением = I.

Исследование пассивирующей способности разработанного состава бетона позволяет сделать вывод, что определяющее значение на коррозионную стойкость стали оказывает наличие в сере сероводорода, й в серосодержащих отходах, кроме этого, водорастворимых сульфатов.

Обеспечение надежности пассивирующего действия серного бетона

на стальную арматуру достигается ограничением содержания сероводоро-»

да, органических- пртгесе* !■ кислот' /в пересчете на серную/ величниа-ш, установленными ГОСТом-127-76 ' на техническую серу соответственно мас.дояя, -%:. 0,004, 0,5 и 0,02. .

'Зола уноса, используемая Ъ качесТве^напо&нителя,и^зола отстоя,.' используемая в качестве связующего,, и ✓наполнителякроме висерказан- ■ ного, должны содержать водорастворимых сульфатов / 'пересчет на не более 3 %.'

'В целях повышения защитных свойств серного бетона по отношению ч

4 i ' - ^ е

катальной арматуре следует-проектировать срставы. бетонов оптимальной плотности, а изготовление бетона и "издеуш;? на его бснове-должно -.производиться при строгом соблюдении технологических^рдглаыентрв с . целью исключения возможных дефектов при структуро<?бразовайии -бетоыа-\термоусадочных микротрещин,-сообщающихся пор'и капилляров.

" - Если эксплуатация "конструкций из "серного беуоналредпологается/ - -' - 1 при постоянном воздействии воды, такие конструкции следует проектл-

. ровать-с увеличенной толщинойзащитного слоя, работахцис только в

^ » • . " 1

упругой>стадии без трещин-. '

Пятый раздел диссертации посвялея технологии'- наготовлен?.? бетонов и, изделий с использованием серосодержащих отходов и внедрению результатов-исследований в. практику строительства.4 _

Особенностью' технологии производства серных бетонов спспользо-, . ванвем серосодержащих отходов Предкарпатскпх предприятий - ''хвостов" флотации,и золы отстоя, по'сравнению с производствЬм серного бетона'с использованием технической серы и традиционных минеральных заполнителей, является то, что необходача-организация рассевам: складирования " хвостов " на две-фракции /"частиц менее и болев 0,14 м-д / п корректировка гранулометрии золы отстоя с дойолнежевлеобхоюядд 'фракго* отводами флотеции -и крупным заполнителе!.:. Остальные технологи чосю-о - операции практически не отличаются от тех, которые приняты при п^о: з-водстве серного бетона. '

Модифицирование серы, входящей в состав отходов, позволит значительно улучшить качество бетона и его физико-механические характеристики» расширить номенклатуру изделий, также как и использование дисперсного армирования бетона стекловолокном алшоборосиликатного состава. Поскольку эти вопросы в задачу настоящих исследований не входили, конкретных рекомендаций работа не содержит.

На основании опыта изготовления промышленных партий дорожных и Тротуарных плпт в заводских условиях можно констатировать эффективность предложенной технологии, а надежность конструкций подтверждается расчетными данными и заводскими испытаниями натурных образцов плит.

Потенциальная технико-экономическая эффективность разработанного вида бетона и изделий на его основе заключается, прежде всего, в более низкой стоимости исходного сырья по сравнению с технической серой и утилизации промышленных отходов, что позволяет решать некоторые региональные вопросы по экологии на Украине.

ОБЩИЕ БЦВОДи

1.Разработаны оптимальные составы серного бетона с использованием серосодержащих отходов методом корректировки гранулометрии золы отстоя по отношению к составу серного бетона, принятого за эталон,путем дополнения недостающих фракций отходами флотации.

2.Изучены и установлены основные физико-механические характеристики разработанных составов. Установлено, что, комбинируя гранулометрический состав отходов предприятий серодобывавдей промышленности Пред-карпатья, можно получить серный бетон с высокими физико-механическими характеристика!,та.

3.Получены экспериментально-статистические модели, отражающие влияние соотношения количества компонентов бетонной смеси на основные прочностные и дефорыативные характеристики бетона: прочность при

сжатии, прочность на растяжение при"изгибе и начальный модуль упругости.

4. Установлено,что по выносливости,трещиностойкости,гсгораемости и морозостойкости рабочий состав серного бетона обеспечивает требования, предъявляемые к цементным бетонам и может быть рекомендован для изготовления целого ряда изделий и конструкций различного назначения, в том числе плит дорогшых и тротуарных покрытий,для устройства сборных и монолитных пслов, фундаментов и др.

5. Исследование совместной работы стальной арматуры с бетоном показало достаточную надежность анкеровкл, которая не уступает ан-керовке в цементных бетонах. При этом, повышенный на 5...18 % по сравнения) с цементным бетоном коэффициент линейного температурного расширения, следует учитывать при расчете конструкций на температурные воздействия.

6. Установлено,что обеспечение надежного пассивирующего действия бетона разработанного состава на стальную арматуру достигается ограничением содержания сероводорода,органических примесей и кислот

. / в пересчете на серную / величинами соответственно,мае.доля %: 0,004, 0,5 и 0,02.

7. Разработаны рекомендации по технологии изготовления серных бетонов на основе серосодержащих отходов.

Предложена номенклатура строительных изделий и конструкций.

Показана потенциальная технико-экономическая эффективность разработанного бетона.

8. Результаты исследований использованы при разработке опытно-промышленных линий производства изделий и конструкций на основе серосодержащих отходов и инструктивно-нормативной и технологической

. документации.

9. Результаты исследований внедрены при проектировании в опытном строительстве сборвнх дорожных в тротуарных покрытий и при устройстве хнмическистоЗких подов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Орловский Ю.И.,Маргаль И.В.Доржевский В.И. Оптимизация свойств и составов дисперсно-армированных серных мастик и бетонов. - Киев: Об-во "Знание Украины",1993.

2. Хоржевский В.И. Вопросы техники безопасности при производстве серных бетонов.//В сб.докладов конференции "Проблемы огнезащиты строительных материалов и конструкций. -Львов:МП "Украина", 1994. - С.207-208.

3. Хоркевскнй В.И. Плиты сборные серобетонные для оснований под дорожные одежды. //В сб.докладов конференции "Проблемы огнезащиты строительных материалов и конструкций.-ЛьвовгМП "Украина", 1994. - С.238-242.

4. Орловский Ю.И..¿оржевский В.И. Об условиях длительности пассивирующего действия серного бетона на стальную арматуру. //Бетон и железобетон. -1994. - * I. - C.28-3I.

5. Орловский Ю.И..Семченков A.C. Доржевский В.И. Бетон и изделия на основе серосодержащих промышленных отходов. //Бетон и железобетон. -1995. - * 3. - C.2I-24.

6. Рекомендации по технологии изготовления серных бетонов на основе серосодержащих отходов. - Львов: Атлас, 1995. - II с.

7. Орловский Ю.И. .Семченков А.С.,Ливша Р.Я. .Романский И.Г., ЭДун Г. Г. Доржевский В.И. Оценка напряженного состояния бетона дорожных плит. //Бетон и железобетон. -1995. -*5. - С.27-30.

Основные физико-механические характеристики бетона на серосодержащих отходах

Показатель

Серный ;бетон /эталон/

Серный бетон на отходах

Плотность, кг/м3 Кратковременная прочность, Ша

- при сжатии, пусковая

- при сжатии, при змеиная

- при осевом растяжения

- растяжение при изгибе Коэффициент пркзменной прочности Ударная прочность, кгс-см Модуль упругости при сжатии. Mía Коэффициент Пуассона,^ Относительные предельные кратковременные деформации, Б «10

- при сжатии

- при растяжении

Параметрические уровни шкротре-щинообразования:

- нижний, R°rc

- верхний, Rgrc

Коэффициент выносливости, Kend Коэффициент истираемости, Ккс Коэффициент линейного температурного расширения ,o¿bt-ю" 6,°с-1 Морозостойкость не ниже, циклы

2400

59 Í 4,7 44,3 - 3,7 2,6 i 0,5 10 ± 0,6 0,75 506,7 (4,6 - O.lJ-IO4 0,19

175 ± 8,4 15 ± 1,6

0,61. ...0,66 О,80...О,€5 0,40

0,45...0,47

14,8

2500

49 ± 3,8 38,3 Í 3,0 2,37 - 0,45 8,1 ± 0,7 0,78 460,7 (4,3 i O.fylO4 0,20

168 ± 9,2 14,5 í 2,5

О,55...0,61 0,73...О,78

0,44 С,46...0,50

13,3

ХоржевскЫ В.й. СБОЛСШ li ТЕШИСШ ЕЗПШЕЕЕ'Л СЕРНОГО ШСПА.

НА ОСНОВЕ СЕРОСОДЕРЕАЩИХ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Диссертация в виде рукописи на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 - строительные материалы и изделия. Одесская государственная академия строительства и архитектуры, Одесса, 1995.

Диссертация содержит экспериментально-теоретические исследования свойств и технологии изготовления серных бетонов с использованием отходов серной промышленности. Изучены и установлены основные физико-механические*характеристики разработанных составов. Получены закономерности влияния рецептурно - технологических факторов на свойства. Осуществлено опытно - промышленное внедрение предложенной технологии. Потенциальная технико-экономическая эффективность может быть получена за счет снижения стоимости изделий и утилизации отходов серной промышленности. Ключевые слова: серный бетон, отходы серной промышленности, свойства, технология.

Horgewski V.I. PROPERTIES AND TECHNOLOGY OP StJLPHOR CONCRETE OH THE BASE OP SULPHUR CONEAIHIHG WASTES.

The dissertation for getting degree of candidate of Technical science, speciality 05.23.05 "Building materials and articles". Odesa State Academy of Building and Architecture, Odessa, 1995.

The dissertation contain the results of experimental and theoretical investigations of properties and technology of production sulphur concrete on the base of sulphur containing wastes sulphur production.The main phusical-mechanical characteristics of designing mix compositions of material are researching and determinating.

The relationship of influence of technological factors and mix compositions for propertiea or sulphur concrete are obtained. The results of technological investigations are introducing in the building industry. Potential economic effects may be receiving by reduction prize of articles and by utilization wastes products of sulphur production.

Keywords: sulphur concrete, sulphur containing wastes; wastes products of sulphur production, properties, technology.

r

Ilifln. bp ppyicy it 09.rs. wopnat ,60x64 /16 Oanip ipyK. » 2. 0$c.jroyir. JuoBR.ppyK.smK.i t>' yi»№.Sap<S.-Bifl<S. * * ?»iopHNBHflaB..apk. '

IVpaK to npHM. 3a>i. S£Q . Jae3imaTHo

jffBIl 290646 JlbBiB-I3. Cr.BafoepH,, 12 ■

Ai^bHXUH onepaiKBHoro jçyKyfiWIIl , JlbBiB, Byji. ropogpobica, 26b- '