автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Технология арболита на вяжущем, активированном механо-электрополяризационным способом

УДК 691.115:674.816.2.

На правах рукописи

РГб од 2 2 ДЕК

Удербаев Сакен Сейтканович

ТЕХНОЛОГИЯ АРБОЛИТА НА ВЯЖУЩЕМ, АКТИВИРОВАННОМ МЕХАНО-ЭЛЕКТРОПОЛЯРИЗАЦИОННЫМ СПОСОБОМ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Республика Казахстан Кызылорда. 2000 г.

Работа выполнена в Кызылординском Государственном университете

имени Коркыт Ата

Научный руководитель: - доктор технических наук, профессор

Бисенов К.А.

Научный консультант: - доктор технических наук, профессор

Акчабаев A.A.

Официальные оппоненты: - академик Инженерной Академии Республики

Казахстан, доктор технических наук, профессор, Ахметов А.Р.,

- кандидат технических наук Усипбеков Е.Е.

Ведущая организация: - Таразский Государственный университет

им. М.Х.Дулати

Защита диссертации состоится «/^ 2000 г. часов на

заседании диссертационного Совета К14.14.02. в Кызылординском Государственном университете им. Коркыт Ата по адресу: 467021 г.Кызылорда, пр. Проспект Абая, 66.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кызылординского Государственного университета им.Коркыт Ата Автореферат разослан «¿У ъСемХ&^А 2000 года.

Ученый секретарь диссертационного Совета<-/Х/7г? '"^-у /Нарманова Р.А

Н626 .286 .56 ,0

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Развитие строительной индустрии Республики Казахстан в условиях перехода на рыночный путь ставит перед исследователями решение задач рационального использования материальных ресурсов, внедрение прогрессивной технологии в производство строительных материалов, а также более широкого вовлечения дешевых местных сырьевых ресурсов и отходов различных отраслей промышленности.

Одним из приоритетных направлений в настоящее время является разработка и совершенствование технологии производства арболита, который относится к эффективным видам легких бетонов, являясь при этом типичным местным строительным материалом, так как его производство базируется на использовании отходов лесозаготовок, лесопиления, деревообработки и ТЭЦ, а также отходов сельскохозяйственного производства.

Известно, что существующий состав конструкционно-теплоизоляционного материала - арболит на цементно-зольном вяжущем, имеет относительно невысокую прочность из-за недостаточной реакционной способности золы-уноса, и, следовательно, системы «вяжущее+вода». Это связано с тем, что применяемый способ активации, основанный на повышении удельной поверхности измельчаемого материала мокрым помолом в шаровой и вибрационной мельницах, желаемого эффекта не дает, так как не обеспечивает полного использования потенциальной энергии частиц золы-уноса, а также на ее основе цементно-зольного вяжущего.

В связи с этим возникает необходимость разработки способа активации вяжущего вещества, предусматривающий дополнительную обработку измельчаемых частиц электрическим полем во время мокрого помола с целью улучшения адгезии контактируемых поверхностей компонентов арболита, и повышение прочности изделия на его основе.

Использование же рисовой лузги и зол ТЭЦ для производства арболита способствует не только развитию промышленности строительных материалов, но и решению вопроса использования крупнотош1ажных отходов, что в сущности улучшает экологическую обстановку региона.

Работа выполнялась в соответствии с научно-техническими программами по комплексному исследованию сырьевых ресурсов Казахстана "Стройпрогресс - 2000".

Целью диссертационной работы является разработка эффективного способа активации цементно-зольного вяжущего и получение арболита на его основе.

В соответствии с этим в работе были поставлены следующие задачи:

- разработка конструкции шаровой мельницы для механо-элекгрополяризациошюго (МЭП) способа активации;

- исследование механизма активации при МЭП воздействии на систему «вяжущее+вода»;

- изучение особенностей твердения активированного цементно-зольногс вяжущего и исследование основных свойств арболита на его основе;

- разработка технологии производства арболита на основе вяжущего активированного МЭП способом;

- внедрение результатов исследований в производство;

- определение технико-экономической эффективности производства арболит; на вяжущем, активированном по предлагаемому способу.

Научная новизна работы. Теоретически обосновано и экспериментальна доказано применение МЭП способа активации, что позволило полнее использовать потенциальную энергию частиц вяжущего, т.е. электрическук природу в формировании поляризованной структуры системь: « в я жу [цее+ во да».

Механизм МЭП способа активации вяжущего вещества осуществляется за счет повышения удельной поверхности измельчаемого материала и одновременным воздействием электрического поля на (сквозь) внутренние участки зерен вяжущего (пред. патент РК №7101) в барабанной электрополяризациопной мельнице (пред. патент РК №7745) с созданием арболита нового состава (пред. патенты № 7888,7890).

Достигнута интенсификация процесса коагуляции вяжущего за счет совмещения явления роста удельной поверхности частиц с эффектом уменьшения электрокинетического (¿¡-дзета) потенциала во время мокрого домола.

Установлено, что МЭП способ активации улучшает условия адгезии контактируемых поверхностей составляющих компонентов арболита, впоследствии позволяет повысить его прочность. Практическое значение работы:

- Разработанный эффективный способ активации вяжущего в барабанной электрополяризационной мельнице специальной конструкции позволяет повысить прочность цементно-зольного камня, и, впоследствии, изделия на его основе;

- Альтернативный способ утилизации отходов промышленности и сельского хозяйства при производстве арболита является конкретным примером решения вопросов не только стройиндустрии, но и проблемы экологии и охраны окружающей среды.

Автор защищает:

- механизм активации цементно-зольного вяжущего при совмещении процессов мокрого домола и электрической поляризации;

- конструкцию устройства шаровой мельницы для реализации механо-электрополяризациониого способа (МЭП) активации вяжущего;

- технологию производства арболита на вяжущем, активированном МЭП способом;

- результаты опытно-промышленных испытаний и технико-экономические показатели арболитовых блоков на активированном вяжущем.

Апробация работы и публикации. Результаты экспериментальных работ 1 1999 году прошли производственную проверку в условиях Сызылордипского домостроительного комбината путем выпуска фболитовых блоков на основе рисовой лузги.

Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях Кызылординского Государственного университета им. Коркыт Ата, а также Южно-Казахстанского государственного университета им. М. Ауэзова. Основные положения диссертационного исследования опубликованы в 8 печатных работах.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений, содержит 143 страниц текста, 40 рисунков, 19 таблиц, список литературы из 126 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Состояние вопроса.

Первая глава посвящена литературному обзору теоретических основ и принципов дополнительной активации вяжущих систем, принципов измельчения применяемых устройств в технологии строительных материалов, а также технологические особенности производства арболита

В трудах Ахвердова И.Н., Аяпова У.А., Баженова Ю.М., Еоженова П.И., Бутта Ю.М., Волженского A.B., Горчакова Г.И., Грушко И.М., Иванова Ф.М., Мчсдлова-Петросяна О.В., Ребиндера П.А., Рыбъева И.А., Сулейменова СЛ., Сычева М.М., Урьева С.М., Шестоперова C.B., Штайермана Ю.Я., Юнга В Н., а также других зарубежных ученых доказана возможность получения бетонных изделий с улучшенными физико-техническими свойствами при различных дополнительных способах активации вяжущего. При этом применение дополнительно активированного вяжущего позволяет повысить прочность бетона и сократить расход цемента за счет замены его части отходами промышленности.

В известных концепциях бетоноведения интенсификация процессов твердения системы «вяжущее-вода», а также улучшение физико-механических свойств изделий на его основе реализуется следующими способами: введением химических добавок; механической активизацией; электромагнитной обработкой.

Анализируя описанные способы активации вяжущего вещества, следует отметить: введение в цементные системы и бетоны различных химических добавок вносит кардинальные изменения в свойства раствора. Однако за счет химических добавок не удается регулировать удельную поверхность компонентов вяжущего, что является одним из существенных факторов активации. К тому же отсутствует способ активации, позволяющий обеспечить полного преодоление потенциального барьера в химическом механизме гидратации; при механической активации тонкий помол, как

критерий активации, достигается только при определенном пределе помолг так как дальнейший помол ведет не к измельчению, а, наоборот, ; агрегированию дисперсных частиц.

Необходимо отметить, что при мокром домоле активация вяжущей происходит только за счет повышения дисперсности частиц вяжущего ] жидкой фазе, а фактор электрической природы, стимулирующе электрокинетичсские явления коагуляционного процесса вяжущего отсутствует.

Следовательно, механическое измельчение является необходимым, н< недостаточным условием повышения активности вяжущих; npi электрополяризационной обработке цементной системы различного состава j её стационарном состоянии не представляется возможным изменить кинетику активации, так как не достигается "полная электрическая проводимосп жидкой фазы...." через (сквозь) внутренние участки зерен вяжущего вещества хотя в известных концепциях бетоноведения отмечается положительная рол1 электрического ноля на механизмы структурообразования и ускорения твердения арболита.

Согласно известным научным концепциям, межмолекулярные взаимодействия веществ подразделяют на физические, определяемые физическими характеристиками взаимодействия молекул, и химические, приводящие к образованию направленных химических связей, а также на универсальные и специфические. К одним из основополагающих факторов в процессе структурообразования относятся электрохимические явления и их роль в системе "вяжущее+вода". Считается, что электростатические и электродинамические механизмы взаимодействия ядер, электронов и атомов составляют основу взаимодействия молекул. Явление коагуляции происходит соответственно из-за следующих причин: по Дерягину-Ландау-Фервею-Овербеку (ДЛФО) - из-за энергии притяжения, что вызывает нарушение агрегативной устойчивости; по Мюллеру - за счет введения электролита в дисперсную систему, что вызывает сжатие диффузного слоя; по Фрейндлиху, из-за эффекта понижения ¡^-потенциала; по Шульцу-Гарди заряд иона-коагулятора должен быть противоположен заряду гранулы.

На практике для активации вяжущего вещества за счет повышения удельной поверхности измельчаемого материала наибольшее применение получили шаровые и вибрационные мельницы. Однако конструкции устройства мельницы не рассчитаны на обработку частиц каким-либо дополнительным воздействием на них при измельчении.

Исследованию и совершенствованию производства арболита посвящены работы Акчабаева A.A., Батырбаева Г.А., Бужевича Г.А., Бухаркина Б.И., Кауфмана М.И., Клименко М.И., Курьянова В.К., Маева Е.Д., Мещеряковой И.П., Наназашвили И.Х., Рыбьева И.А., Савина В.И., Склизкова Н.И., Щербакова A.C., Хрулева В.М., Шмидта Л.М., Графа И., Нгуен Ван Тхиньа, Паркера Д., и др.

Известно, что органический заполнитель растительной природы и портландцемент по своей природе противоположны, причем применение

портландцемента усложняет технологию производства арболита из-за наличия в заполнителе экстрактивных веществ, так называемых "цементных ядов", оказывающих существенное влияние на гидратацию и твердение системы "вяжущее+вода", в конечном счете, на прочность арболита.

Наиболее эффективными способами повышения прочности арболита являются: применение активированного вяжущего, что упрочняет зоны контактируемых поверхностей за счет превышения скорости формирования конгломератной структуры арболита над скоростью вредного воздействия «цементных ядов» заполнителя; а также прессовый способ уплотнения формовочной смеси с фиксированием спрессованного состояния, стабильность которого может стать аномальной в силу упруго-вязких свойств заполняющей части арболитовой смеси при отсутствии эффекта фиксации уплотненного состояния.

На основании обобщения теоретических основ и принципов активации выдвинута следующая рабочая гипотеза: если во время мокрого домола вяжущего вещества воздействовать на него электрическим полем, то за счет совмещения явлений роста удельной поверхности частиц вяжущего с эффектом уменьшения его электрокинетического (С,- дзета) потенциала, можно достигнуть стимулирования интенсификации процесса коагуляции вяжущего. Использование активированного вяжущего в системе «органический заполнитель - минеральное вяжущее», в частности, арболита, позволит повысить прочность последнего вследствие упрочнения зоны контакта вяжущего с заполнителем, т.е. адгезии на гра!шце контакта их поверхностей.

2. Применяемые материалы и методы исследования

В качестве вяжущего использован портландцемент М400 Шымкентского завода, имеющий следующие характеристики: активность 42,5 МПа; нормальная густота - 24,9%; начало схватывания 2ч.38 мин.; конец схватывания 4ч.26 мин.

Заполнителем принята рисовая лузга - отход АО "Акмаржан" г.Кызылорда, образующаяся при технологической переработке риса-сырца в количестве 20%, соответствует требованиям ТУ-822-11-78. Насыпная плотность в пределах от 80 до 150 кг/м3.

В качестве активной минеральной добавки применяли золу-унос сухого отбора ТЭЦ-6. Согласно требованиям СНиП I.B.2-69 «Вяжущие материалы, неорганические добавки и добавки для бетона и растворов» в состав золы должно входить не менее 40% кремнезема, количество ангидрида серной кислоты не должно превышать 3%, потери при прокаливании не более 10%. Зола Кызылординской ТЭЦ-б удовлетворяет вышеуказанным требованиям. Используемая зола имеет следующие характеристики; удельная поверхность по ПСХ-8АК (ГОСТ 310-69) - 2550 см /г; активность по поглощению СаО (ГОСТ 6269-63) - 32 мг/г; истинная плотность 2,0 г/см3; насыпная плотность -955 кг/м3.

В качестве химических добавок применяли хлориды кальция (СаСЬ) и бария (ВаСЬ), удовлетворяющие требованиям ГОСТ 450 - 77 и 742 - 78 соответственно.

Для приготовления вяжущей и арболитовой смеси использовала« водопроводная питьевая вода, соответствующая требованиям ГОСТ 23732 - 14 «Вода для бетонов и растворов».

При постановке экспериментальной части работы использовань стандартные методики и ГОСТы исследования физико-механических свойсп арболита на вяжущем, активированном механо-элсктрополяризационны.ч' способом.

Физико-химические исследования были проведены с использованием комплекса методов: рентгенофазовый, дериватографический к микроскопический.

Подбор оптимального состава цементно-зольного вяжущего и арболита на его основе, а также для определения оптимальных параметров активации в процессе обработки вяжущего в барабанной электрополяризационной мельнице был проведен с применением математического метода планирования, в частности, был реализован рототабельный план 2-го порядка для двух и трех переменных. В качестве параметров оптимизации были приняты прочность цементно-зольного камня и арболита.

Реализация рототабелыюго плана позволили получить математическую модель в виде полного квадратного уравнения второго порядка:

а) прочности цементно-зольного камня от составов мехапо-электрополяризованного вяжущего:

Ксж = 57,81 +0,92Х, +0,59Х2 + 0,475*,Х2 -1,489 X? -1,941Х22;

б) прочности цементно-зольного камня от параметров МЭП способа активации вяжущей смеси в барабанной электрополяризационной мельнице:

Ясж =16,90 + 0,49Х, +0,334Х2 + 0,416Х3 -0,812*,X, -0,802*2А'2 -

-0,894Хз*з + 0,209*,*2 +0,451*,*3 -0,0737*2*3;

в) прочности арболита в зависимости от содержания активированного вяжущего и рисовой лузги:

Ясж = 3,708+0Д02Х, +0,0384Х2 -0,0129Х3 -0,1025*,X, -0,0689Х,*3 -

- 0,037*з*з + 0,0625*,*2 + 0,020*,*3 +0,020*2*з.

Результаты статистической обработки уравнения регрессии и анализа диаграммы позволили сделать вывод, что оптимальным составом механо-электрополяризованного вяжущего является содержание портландцемента от 60 до 65 % и золы от 38 до 43% от общей массы вяжущего.

Установлено, что высокую прочность цементно-зольного камня можно достигнуть при следующих параметрах МЭП способ активации, в частности, напряжения от 40 до 45В, продолжительности активации равной 30 минутам и 5 % хлорида бария от общей массы вяжущего.

Анализ диаграммы «свойство-состав» показывает, что для получения арболита повышенной прочности наиболее оптимальным является состав арболита на 1м3, содержащий механо-электрополяризованное цементно-

зольное вяжущее - 360 кг, рисовую лузгу - 240 кг и хлорид кальция, равный 4,8 кг с.в.

В результате экспериментальных исследований получен конструкционно-теплоизоляционный арболит со средней плотностью 780 кг/м3 и прочностью при сжатии 3,0-4,0 МПа (к 28-ми сугкам).

3. Разработка эффективного способа активации цсментно-зольного вяжущего и исследование механизма активации.

При выполнении экспериментальных исследований данной главы первичной была идея создания принципа активации вяжущего вещества, а реализация этого принципа, безусловно, сводилась к необходимости разработки способа, а затем и устройства для его осуществления, что, в конечном счете, представило оригинальную методическую основу всего научно-экспериментального поиска диссертации.

Экспериментальный поиск был построен но следующему логическому ряду: 1) идея; 2) принцип; 3) способ; 2) устройство.

Перед разработкой методики экспериментальных исследований в основу данной главы была заложена следующая идея: для дополнительной активации вяжущего вещества использовать возможность поляризуемости частиц вяжущего под действием электрического поля.

Принятая идея оказалась реальной благодаря осуществлению следующего принципа: эффект дополнительной активации частицы можно достигнуть одновременным воздействием на неё двух факторов: электрического поля, проходящего через жидкую фазу и процесса измельчения. В результате разработанный принцип получил название: "принцип механо-злектрополяризационной (МЭП) активации".

Сущность "принципа МЭП активации" трактуется, как показано на модельном изображении (рисунок 1).

Схематическая модель механо-электрополяризационного способа активации вяжущего

1- воздействие электрического поля через дисперсионную среду; 2-частицы вяжущего вещества; 3-мелющие тела;

Рисунок 1.

Для увеличения электропроводности системы "вяжухцее+вода" добавляли химические добавки (электролиты) - хлориды натрия, кальция и бария. В результате проведения опытов по активации вяжущего МЭП способом с указанными электролитами в отдельности установлено, что наибольшей активизирующей способностью обладает хлорид бария, выполняющий роль коагулятора - инициатора физико-химического процесса коагуляции вяжущей смеси.

Для выполнения экспериментальных работ сконструирована лабораторная шаровая мельница специальной конструкции (барабанная электрополяризационная мельница), как показано на рисунке 2.

Таким образом, известная конструкция барабанной шаровой мельницы была модернизирована следующим образом: корпус барабана выполнен в виде сквозного горизонтального цилиндра 1 из диэлектрического материала, например, из поливинилхлорида.

Электрическая схема способа поляризации массы вяжущего внутри барабанной электрополяризационной мельницы

1

-0 » 0-

1-корпус мельницы из диэлектрического материала;

2-нсржавеющие электроды в виде круглых пластин; 3-вертикальные стенки с обечайкой.

Рисунок 2.

С торцевых сторон к цилиндру 1 барабана крепятся вертикальные стенки, насаживаемые на цилиндр 1 за счет вертикальных стенок-обечаек 3.

Вертикальная стенка с обечайкой соединены в виде цельной конструкции. Внутренний диаметр обечайки 3 совпадает с наружным диаметром цилиндра 1. Необходимость в этом обнаруживается в их плотном соединении между собой. Электроды 2 выполнены из нержавеющего металла в виде круглых пластин, диаметр которых совпадает с внутренним диаметром цилиндра 1, и крепятся к вертикальным торцевым стенкам через болтовое соединение. Электрическое поле создается за счет двух электродов 2.

Мельница работает следующим образом. Барабан 1 приводится во вращение вокруг продольной оси приводом. Подлежащий к измельчению отдозированный материал и жидкость подают в барабан 1 через люк. Внутри барабана создают электрическое поле за счет электрического тока, проходящего через массу измельчаемого материала (смеси твердой и жидкой фаз).

В целях безопасности работы и защиты от поражения электрическим током человека, две торцевые вертикальные стенки-обсчайки 3 и опоры отдельно закрыты электрозащитным кожухом. Через определенное время обработки измельчаемого материала электрическим полем барабан останавливают, одновременно отключается создаваемое электрическое поле, готовый шлам выгружают через люк.

В таблице 1 приведены прочностные данные испытания цементных образцов, домолотых предлагаемым способом.

Таблица 1.

Влияние электрического поля во время мокрого домола цементно-зольного вяжущего

№ № п. п. Состав вяжущего Количе ство химичес кой добавки Вид элеириче ского ПОЛЯ Водо-твердое отноше ние В/Т Удельная поверх ность ЦЗВ в см2/г Продолжи телыгость мокрого помола, мин. Напря жение тока, В Предел прочности при сжатии, кгс/см3, в возрасте 28 суток

1. Цемент: зола 60:40% по массе ВаС12 5% от массы вяжуще го - 0,6 2750 - - 345

и - « - - « - - « - 0,6 4225 30 - 375

3. - « - Перемен ныйток 0,6 4650 30 30 538

4. -« - - « - - « - 0,6 4705 30 40 546

5. - « - - « - Достоян кий ток 0,6 4820 30 30 562

б. - « - - « - - « - 0,6 4900 30 40 575

Из таблицы 1 видно, что прочность вяжущего при МЭП способе активации возрастает на 50-60 % по сравнению с прочностью вяжущего без электрической обработки. В электрическом поле постоянного тока поляризация дисперсных частиц происходит эффективнее, чем при переменном токе.

Результатом этого является электрическое взаимодействие вновь обнажающихся поверхностей частиц вяжущего при мокром домоле, что повышает реакционную способность готового продукта, т.е. активность вяжущего.

Для доказательства повышения активности вяжущего при МЭП способе проведены измерения электрокинеткческого потенциала активируемой смеси методом электрофореза. В связи с чем для измерения ^-потенциала отбирались пробы без обработки, а также после мокрого домола и МЭП активации (таблица 2).

Таблица 2

Измерения электрокинетического потенциала.

№ Состав материала (%) Вид Активации . Количество химической добавки Время т, в сек ¿¡-потенциал, мВ

1. Цемент:зола унос (60:40) Без Обработки - 41,3 42,2

2. Цемент'.зола унос (60:40) Мокрый Домол 5% ВаСЬот общей массы вяжущего 54,4 32

3. Цемепт:зола унос (60:40) МЭП 5% ВаС12 -«- 57,9 30,1

Из таблицы 2 видно, что при МЭП способе активации вяжущего значение ¿г потенциала меньше, по сравнению с мокрым домолом без обработки, что сказывается на повышении активности, следовательно, прочности цементно-зольного камня и арболита на его основе. Снижение величины дзета -потенциала очевидно, происходит вследствие более активного взаимодействия многозарядных катионов с отрицательными зарядами, т.е. продуктами гидратации вяжущего и переход противоионов го диффузного слоя в адсорбционный. Кроме того, уменьшению ¿^-потенциала, по-видимому, способствует частичная аморфизация поверхности активированного вяжущего.

Воздействие электрического поля в процессе мокрого домола приводит к интенсификации ионообменных процессов вследствие увеличения количества мицеллообразугощих частиц с определенным зарядом атомов, молекул и ионов в элементарном объеме. Поляризуемость ионов за счет воздействия электрического поля приводит к повышению величины электрически? зарядов, увеличивающих активность их переноса, а также перегруппировку

высвобождаемых электронов и ионов с преодолением энергетического барьера. Помимо этого, очевидно, происходит гомогенизация (теория Г.Фрейндлиха) зарядов по всему объему цементно-золыюй смеси и нарушение агрегативной устойчивости системы за счет преобладания энергии притяжения, т.е. преодоление расклинивающего давления (теория ДЛФО). Благодаря этому интенсифицируется процесс коагуляции вяжущей смеси и интенсивное образование каркаса кристаллической решетки за счет образовапия кристаллогидратов.

Анализируя вышесказанное, можно отметить, что механизм МЭГ1 способа активации заключается в повышении сил ионных притяжений за счет электрических зарядов и возникновения поверхностных валентных сил при их сближении. Приведенные обстоятельства являются одним из решающих в образовании коагуляционной структуры цементно-зольного геля и упрочнении системы, связанной с постепенным увеличением сил взаимодействия (сцепления) структурных элементов, входящих в состав новообразований активизированного цементно-зольного вяжущего.

Н. Исследование особенностей механизма твердепня активированного цементно-зольного вяжущего и основных физико-механических свойств

арболита на его основе.

По мере образования центров кристаллизации происходит интенсивное обрастание каркаса кристаллической решетки новообразованиями и переход коагуляционной структуры к конденсационно-кристаллизационной. Ионообменный процесс, происходящий при активации, является определяющим в образовании гидросиликатных фаз и изменением фазового состава в сторону увеличения. Вероятно, зародыши гидросиликатов кальция приводят к упрочнению образовавшейся структуры за счет повышения валентных сил в контактных областях, которая связана с ростом толщины новообразований.

При гидратации механо-электрополяризованного вяжущего образуются высокодисперсные системы, которые обуславливают высокую прочность формирующихся из них структур. По сравнению с контрольными образцами для активированных систем характерно меньшее содержание портландита. Причем это происходит вследствие притока ионов и противоионов к зародышам гидросиликатов кальция и портландита.

Кристаллизация Са(ОН)2 из пересыщенного раствора понижает концентрацию гидроксида кальция с образованием этгрингита в иглоподобные кристаллы. Предварительная обработка золы МЭП воздействием повышает пуццоланическую активность, а также увеличивает количество стеклофазы. Высокая удельная поверхность золы после активации способствует образованию вокруг зерен стекла большего количества новообразований, кроме того, интенсифицируется процесс образования гидроалюминатов, гидросиликатов и гидросульфоалюминатов кальция. Последующий процесс твердения способствует усиленному

образованию мельчайших частиц гидросиликатов кальция и переходу кристаллов этгрингита в более плотные образования. Благодаря этому структура цементно-зольного камня уплотняется, что способствует повышению его физико-механических свойств.

Пластифицирующее действие золы приводит к улучшению свойств контактной зоны цементно-зольного камня с заполнителем - рисовой лузгой. Одновременно повышается клеящая способность механо-электрополяризованного цементно-зольного вяжущего. Улучшение адгезионного контакта происходит за счет полного смачивания поверхности и пор заполнителя высокодисперсными частицами • вяжущего. Главенствующую роль, на наш взгляд, играет электрическая теория адгезии в упрочнении зоны контакта активизированного цементно-зольного вяжущего с заполнителем. Механизм упрочения адгезионного контакта осуществляется за счет разной поляризуемости поверхностного слоя механо-электрополяризованного вяжущего и рисовой лузги. Результатом протекающих процессов является улучшение условий контактируемых поверхностей и тем самым повышение адгезионной прочности арболита и его прочности на сжатие.

На основе механо-электрополяризованпого вяжущего были изготовлены арболитовые образцы и испытаны на прочность при сжатии (рисунок 3).

По результатам рентгено-фазового анализа установлено образование меньших количеств портландита в активированном вяжущем, по сравнению с контрольными образцами без поляризации.

Из рисунка 3 видно, что по истечении 3-х суток твердения арболитовые образцы на вяжущем, активированном МЭП способом набирают прочность, равную 1,65 МПа, а к 28-ми суткам составляет 3,72 МПа, что на 30% выше образцов без поляризации.

Для определения адгезионной прочности была принята методика, основанная на разрыве склеенных между собой эпоксидной смолой исследуемых образцов-цилиндриков из арболита. Соответственно адгезионная прочность арболита на мехако-элекгрополяризованном вяжущем - 0,27 МПа, а без поляризации составляет 0,18 МПа.

Испытания на водопоглощение арболита проводили на образцах-кубах, пропитанных при нормальном атмосферном давлении. Линейное набухание контрольных образцов в воде составило от 1,8-2,1%, а образцов, активированных МЭП способом составило 1,1-1,4%.

Морозостойкость арболита на механо-электрополяризовагаюм вяжущем равна 35 циклам, тогда как контрольные образцы без поляризации составляют 25 циклов. При этом коэффициент морозостойкости соответственно составляет 0,75 и 0,79. Повышению морозостойкости способствует заполнение крупных и капиллярных пор заполнителя дисперсными частицами механо-электрополяризованного цементно-зольного вяжущего.

График зависимости прочности арболита от способов активации вяжущего

Возраст арболита, сут

-о-контрольный

-о- мокрый домол

-¿г- мокрый домол с В а С!2

-о-МЭП

Рисунок 3.

На основе проведенных исследований разработана технология изготовления арболита на вяжущем, активированном мсхано-электрополяризационным способом, вписываемая в известную технологическую линию производства арболита способом прессования.

Отличительной особенностью по сравнению с известной технологией производства способом прессования является наличие поста МЭП активации вяжущего.

З.Опытио—промышленное внедрение результатов исследований и технико-экономическая эффективность принятых решений.

На предприятии ОАО "ДСК" г.Кызылорда выпущена в 1999 году опытно-промышленная партия 250 м3 арболитовых блоков на основе вяжущего, активированного МЭП способом. Полученные арболитовые блоки по своим физико-механическим свойствам не уступают образцам, полученным в лабораторных условиях и отвечают требованиям ГОСТ 19222-84 «Арболит и изделия из него. Общие технические условия» и могут быть рекомендованы к применению в сельском строительстве.

За счет применения механо-электрополяризованного вяжущего экономический эффект по сравнению с существующей технологией изготовления в расчете на 1 м3 арболита составил 400,3 тенге.

При мощности цеха 2000 м3 арболитовых изделий в год и при организации технологии активации вяжущего по предлагаемому способу ожидаемый экономический эффект составит 890690 тенге.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований подтверждена принятая научная гипотеза и показаны основные технологические параметры активации вяжущего механо-электрополяризационньга (МЭП) способом, и получения арболита на его основе.

2. Разработана новая методика активации системы "вяжущее^ вода", принцип которого основан на воздействии двух факторов: электрического тока, проходящего через жидкую фазу и процесса измельчения. Для реализации принципа впервые разработан способ МЭП активации вяжущего и сконструирована барабанная электрополяризационная мельница. Экспериментальный поиск методически построен по логическому ряду: а) идея; б) принцип; в) способ; г) устройство. С помощью математического метода планирования установлен оптимальный состав механо-электрополяризованного вяжущего и состав арболита на его основе, а также оптимальные параметры МЭП активации цементно-золыюго вяжущего.

3. Экспериментально установлено, что прочность при сжатии цементно-золыюго камня, активированного МЭП способом в барабанной электрополяризационной мельнице повысилась на 50-60 % соответственно при напряжении 30-40 В. Выявлено, что в электрическом поле постоянного тока процесс активации протекает эффективнее, чем при переменном токе. Механизм активации вяжущего при МЭП способе достигнут за счет интенсификации ионообменных процессов и увеличения сил взаимодействия структурных элементов, входящих в состав новообразований.

4. Исследовано влияние химической добавки (электролита) на процесс МЭП активации. Установлено, что наибольшей активизирующей способностью

обладает хлорид бария. В результате активации по предложенному способу снизилась величина электрокинетического потенциала (¿¡-потенциала) частиц вяжущего с 32 до 30,1 мВ, что ускоряет процесс коагуляции и сказывается на повышении прочности цементно-зольного камня.

5. С помощью рентгено-фазового анализа установлено уменьшение иорт-ландита в вяжущем активированном МЭП способом. Выявлено, что на начальном этапе процесса твердения активированного вяжущего в арболите происходит интенсивное образование мельчайших частиц гидросиликатов кальция и переход кристаллов эттрингита в более плотные образования.

6. Установлено, что арболит на механо-элепрополяризованном вяжущем имеет прочность при сжатии - 3,72 МПа, коэффициент морозостойкости -0,75, пониженное водопоглощение порядка до 10% по сравнению с контрольными образцами. Повышение физико-технических свойств происходит за счет полного смачивания поверхности и пор заполнителя высокодисперсными поляризованными частицами вяжущей смеси и их взаимным притяжением между собой, о чем свидетельствует повышение в 1,5 раза адгезионной прочности на границе контакта поверхностей вяжущего с заполнителем.

7. Опытно-промышленное апробирование результатов исследований подтвердило эффективность применения арболита на механо-электрополяризованном вяжущем. Экономический эффект от выпуска опытной партии арболитовых блоков объемом 250 м3 составляет 100,075 тыс.тенге. При мощности цеха 2000 м3 арболитовых изделий в год по предлагаемому способу ожидаемый экономический эффект составит 890,690 тыс.тенге.

Содержание диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Акчабаев A.A., Бисенов К.А., Удербаев С.С. О технологии арболита на вяжущем, дополнительно активированном поляризацией. // Доклады Министерства науки - Академии наук республики Казахстан, №4. 1997. -с.57-60.

2. Акчабаев A.A., Бисенов К.А., Удербаев С.С. Активация вяжущего поляризацией как способ повышения прочности арболита. // Доклады Министерства науки и высшего образования, национальной Академии наук республики Казахстан, №4. 1999. -с.57-60.

3. Акчабаев A.A., Бисенов К.А., Удербаев С.С. Повышение эффективности работы барабанной мельницы //В кн. Проблемы технологии и экономики строительных материалов. Межвузовский сборник научных трудов. Под ред. В.И. Соловьева. КазГАСА, Алматы, 1999. -с.31-35.

4. Удербаев С.С. Высокопрочный арболит на активированном вяжущем. //Вестник Кызылординского Государственного университета, Кызылорда, №2, 1999. -с.102-104.

5. Предварительный патент PK №7101. Способ активации вяжущего. Н Акчабаев A.A., Бисенов К.А.,. Удербаев С.С. Заявлено 28.07.97. Опубликовано 15.02.1999, бюл. №2.

6. Предварительный патент PK №7745. Барабанная электрополяризационная мельница. // Акчабаев A.A., Бисенов К.А., Удербаев С.С., Акчабаев М.А. /Заявлено 17.03.98. Опубликовано 15.07.99, бюл. №7.

7. Предварительный патент PK №7888. Механо-электрополяризованный состав вяжущего. // Акчабаев A.A., Бисенов К.А., Удербаев С.С., Акчабаев М.А. Заявлено 17.03.98г. Опубликовано 16.08.99, бюл. №8.

8. Предварительный патент PK №7890. Состав арболитовой смеси. // Акчабаев A.A., Бисенов К.А., Удербаев С.С. Заявлено 28.06.97. Опубликовано 16.08.99, бюл. №8.

МАЗМУНЫ

Удербаев Сокен Сейтканулы 05.23.05. - к,урылыс материалдары

Мехапикалык жэне электрполяризациалык эд'млмен активтещцршгсн байланыстыргыш непз1вдеп арболит тсхпологиясы

Бул жумыста арболиттщ бержтшпн жогарылату ушш актитхлццршген б аил а и ысты р шшты к,олдану к,арастырылган. Атап айткднда портландцемент пен кулден туратын байланыстыргышты мехапикалык, жоне электр есер1мен поляризациалау (МжЭЭП) о/иамен арнайы барабанды электрополяризациалау дшрменде актиитсн/иру. Толгыршш ретщде К,ызылорда облысыныц курни егу кэсшорындарыныц к,алдыгы - курии кдуызы к,олданылады. Жу мы стыд гылыми жацалыгы келес1 пунктерден турады:

Теориялык, жагынан тужырымдалып жоне экспериментальды турде байланыстыргыш к,оспасыньщ МжЭЭП ед1с1мен активтещцру механизм! расталды. Сонымен байланыстыргыш болшектсрщщ потенциалды энергиясын тшмд1 пайдалануга мумкщд!к тугызды, ягни электр табигатыньщ «байланыстыргыш+су» системасы курылымын полярленуше себеп жасау;

Байланыстыргыш затын МжЭЭП одкдмен активтсн/дру, майдаланатын матсриалдьщ менипк'п бетшщ улгагоьшен жоне сонымен к,атар электр жиегшщ байланыстыргыш дэндерщщ шш (аркылы) жсрлерше осер егу1 (К.Р, онертабыскд б ерш ен аддын ала патент №7101) барабанды электрполяризациалау дшрмешнде (К,Р, онертабыскд бершген алдын ала патент №7745) жузеге асырылды, арболиттщ жада курамы жасалды (К,Р, онертабыскд бершген алдын ала патентщи №7888,7890);

Байланыстыргыштьщ коагуляциялану продесстершщ интенсификациялануы жузеге асты, ягни болшектердщ мешшкп бетшщ улгаюы мен электрокинетикалык, потсндиаядыд азаюы эффекткпмен б1рлесу1 ылгал жагдайда майдалануына байланысты;

Арболиттщ контактш беттсршщ адгезиялану жагдайыньщ жак,саруына МжЭЭП эффект себеп жасайтыны анык,талды, ягни бержтшгшщ жогарлауы байланыстыргыш пен толтыргыштьщ контакталык, зонасыныц кдтаюына байланысты.

Усынылган шаралар арк,ылы арболиттщ сыгылуга бер1ктшк щеп 3,72 МПа-га дешн кетершген. Механикалык, жене электр осер) арк,ылы поляризациаланган байланыстыргыш непзшде жасалган арболиттщ технологиясын он/цркке енпзу ер текше метр ошмнен 400,3 тецге экономикальж, тшмдшк береди

SUMMARY

Uderbaev Saken Seitkanovich 05.23.05. - building materials

The technology of arbolete on the astringent by activating mcchanical and electropolarizing method

The work is concerned with using of activating astringent for increasing of arbolete stability. And namely, the activation of astringent consisting of portland cement and ash by mechanical and electropolarizing (МЕР) method in drum electropolarizing mill. The rice skin-waste of ricesowing enterprises of Kyzylorda oblast is used as a filler. The scientific novelty of the work consists of the next points:

Mechanism of astringent МЕР activation is theoretically based and experimentally confirmed, it allowed to use potential energy of astringent particles more, it means to use electrical nature in forming of polarizing structure of the system "astringent + water".

Mechanism of astringent МЕР activation is implemented in account of increasing of specific surface material and astringent internal parts (preliminary patent for RK №7101) in drum electropolarizing mill (preliminary patent for RK №7745) with development of new content arbolete mill (preliminary patents for RK №7888,7890).

At is achieved the intensification of astringent coagulation process in account of growth combining phenomenon of particles specific surface with decreasion effect of electrokinetic particles potential during wet grinding.

At is established that МЕР effect promotes improvement of conditions for conditions for adgesia of contacting surfaces of arbolete components, allowing to increase its solidity owing to strengthening of zone astringent with filler.

Taken measures allow to improve arbolete stability on pressing up to 3,72 MPa. The economic effect of introduction of arbolete techology on mechanical and electropolarizing astringent in production conditions made up - 400,3 tenge/m3 of arbolete blocks.