автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Виброактивированные известково-пуццолановые вяжущие и газосиликат на их основе

ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"

■ ч.

ФЕРЕНЦ НАДІЯ ОЛЕКСАНДРІВНА

УДК 666.943:691.327

ВІБРОАКТИВОВАНІ ВАПНЯНО-ПУЦОЛАНОВІ В’ЯЖУЧІ ТА ГАЗОСИЛІКАТ НА ЇХ ОСНОВІ

05.17.11. -Технологія тугоплавких неметалічних матеріалів

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Львів -1998

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Державному університеті “Львівська політехніка".

Наукові керівники:

доктор технічних наук, професор Ящишнн Йосип Миколайович,

ДУ "Львівська політехніка", професор

Офіційні опоненти:

кандидат технічних наук, доцент Якимечко Ярослав Богданович,

ДУ "Львівська політехніка", доцент

доктор хімічних наук, професор Третининк Вікентій Юрійович, Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В.Думанського НАН України, зав.відділу фізико-хімічної механіки дисперсних систем і матеріалів

кандидат технічних наук, старшин науковий співробітник Паламар Зенон Степанович, Науково-проектний інститут "ЛьвівбудмНДІпроект", с.н.с.

Провідна установа:

Харківський державний політехнічний університет, кафедра технології кераміки, вогнетривів, скла та емалей, мХарків.

•-V

Захист дисертації відбудеться '.£•? " X/ 1998р. о /2 ^годині на засіданні спеціалізованої Вченої ради Д 35.052.09 при Державному університеті "Львівська політехніка" за адресою 290646, м.Львів-13, вул.С.Бандери,12, навчальний корпус 9, ауд.214.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного університету "Львівська політехніка" (вул. Професорська, 1).

Автореферат розіслано ''/9' )( 1998 р.

Вчений секретар спеціалізованої Вченої ради к.т.н., доцет

ЯХВаїула

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Проблема економії паливних та енергетичних ресурсів, зменшення втрат тепла зумовили підвищення нормативів на тепловий захист всіх видів опалювальних споруд, реалізація яких здійснюється шляхом використання будівельних матеріалів з високими теплоізоляційними властивостями, зокрема, газобетонів.

Перспективним з точки зору використання місцевої сировини, утилізації відходів промисловості є виробництво газобетонів на основі вапняно-пуцоланових в'яжучих. Досягнення необхідної міцності таких виробів можливе при автоклавуванні. Однак, в сучасних умовах виробництва проведення автоклавної обробки є складним як в технічному плані, так і з точки зору економії енергоносіїв.

Більш доступним і економічно вигіднішим методом прискорення тверднення газосилікату є тепловолога обробка при атмосферному тиску — пропарювання. Але техніко-експлуатаційні властивості газосилікатних виробів при такій обробці є невисокими.

За останні роки з розвитком високоефективного обладнання у виробництві в'яжучих широко використовуються механічні методи активації. Більшість таких досліджень спрямована на активацію компонентів в’яжучих шляхом додаткового розмелювання, що спричиняє як зростання питомої поверхні, так і призводить до структурних змін у поверхневих шарах частинок. Проте, як наслідок, зростання питомої поверхні є підвищення водовмісту в'яжучого і, відповідно, зменшення його міцності. Враховуючи вищевказане, актуальним з теоретичної і практичної точок зору є дослідження, присвячені вивченню віброакгивації водних дисперсних систем для покращення техніко-експлуатаційних характеристик вапняно-пуцоланових в'яжучих та газосилікату на їх основі.

Робота виконувалась згідно з науково-технічною програмою 7.3.3. "Наукові засади і розробка сучасних видів силікатних і тугоплавких неметалічних матеріалів різного функціонального призначення" (Постанова Державного комітету України з питань науки та технологій N 12 від 04.05.1992 р. Реєстраційний N7.03.03/119).

Мета і завдання досліджень. Розробка теоретичних основ, науково-практичне обгрунтування та промислова реалізація віброактивації водних дисперсних систем для покращення техніко-експлуатаційних властивостей вапняно-пуцоланових в'яжучих та газосилікату на їх основі.

Для реалізації поставленої мети необхідно вирішити такі наукові завдання:

» розробити склад вапняно-пуцоланового в'яжучого із оптимальними технологічними характеристиками,

“ провести комплекс досліджень для вивчення впливу віброактивації суспензій пуцо-ланів на техніко-експлуатаційні властивості вапняно-пуцоланових в'яжучих та газосилікату на їх основі;

0 розробити експериментально-статистичні моделі залежності міцності вапняно-пуцоланових в'яжучих від параметрів віброобробки,

• дослідити фізико-хімічні процеси, що відбуваються при віброобробці суспензій пуцоланів;

° дослідити стан поверхні частинок віброакгивованих пуцоланів;

» дослідити кінетику та характер зміни активності віброакгивованих пуцоланів;

■ вивчити фазовий склад та мікроструктуру каменю вапняно-пуцоланових в'яжучих на основі віброакгивованих пуцоланів;

• розробити технологію виробництва газосилікату з використанням віброактивації;

" дослідити структурно-механічні властивості газосилікатної суміші;

• провести промислові випробування технології виробництва газосилікату з використанням віброактивації.

Наукова новизна одержаних результатів. Теоретично обгрунтовано та експериментально доведено використання віброактивації водних дисперсних систем пуцоланів для покращення техніко-експлуатаційних властивостей вапняно-пуцоланових в'яжучих та газосилікату на їх основі.

Вивчено процеси гідролізу кремнеземної складової опоки і горілої породи та склоподібної фази цеолітової породи, що відбуваються під впливом віброактивації. Максимальна інтенсивність цих процесів у віброактивованих суспензіях цеолітових порід зумовлена збільшенням значень рН-середовища в результаті обмінної здатності клиноптюголіту.

Зростання активності віброактивованих пуцоланів в ряду: горіла порода < опока < цеолітова порода є наслідком збільшення концентрації високоакгивпото 8і(ОН)4, утвореного в процесі віброактивації. Доведено, що активність цеолітових порід є результатом взаємодії склоподібної складової і Са(ОН)г.

Зменшення в’язкості віброактивованих суспензій пуцоланів та тіксотропне відтворення її при відсутності дії вібрації є теоретичною передумовою для проведення вібровспучування газосилікатної суміші з метою запобігання процесів раннього структурування.

Практична цінність роботи. Встановлена можливість і доцільність використання віброактивації водних дисперсних систем пуцоланів для покращення техніко-експлуатаційних характеристик вапняно-пуцоланових в’яжучих. Визначено оптимальні режими цього процесу.

Розроблено технологію виробництва неавтоклавного газосилікату з використанням комплексної вібрації. Її виробничі випробування проведені у ТзОВ "Ритмекс-К" (м. Львів). Техніко-економічними розрахунками встановлено зменшення собівартості

1 м1 газосилікату за рахунок економії енергоресурсів при тепловій обробці виробів на 17,7 ірн.

Апробація дисертаційної роботи. Матеріали дисертаційної роботи викладені і обговорені на Всесоюзній науково-технічній конференції "Использование вторичных ресурсов и местных материалов в сельском строительстве" (м. Челябінськ, 1991р.),

з

Всесоюзній конференції "Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии" (м.Белгород, 1991 р.), Міжреспубліканському семінарі-нараді і комерційній ярмарці "Практическая реализация Межгосударственной программы использования попутно добываемого сырья Ангренского каолино-угольного месторождения" (м.Ангрен, 1991р.), Республіканській науково-практичній конференції "Утилизация промышленных отходов для производства экологически чистых и эффективных строительных материалов" (м.Рівне, 1991 р.), Обласній науково-технічній конференції "Химия, химическая технология, химическое машиностроение" (м.Дніпропетровськ, 1991 р.), міжнародному семінарі "Принятие рецептурно-технологических решений по экспериментально-статистическим моделям" (м.Одеса, 1994 р.), міжнародній нараді "Наука и технология силикатных материалов в современных условиях рыночной экономики" (м.Москва, 1995 р.), науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу Державного університету "Львівська політехніка", (м.Львів, 1990-1997 p.p.).

Публікації. Основні результати досліджень викладено в 16 опублікованих наукових працях, в тому числі отримано 3 патенти України та 2 патенти Російської Федерації.

Особистий внесок дисертанта полягає в проведенні експериментальних досліджень, обробці та інтерпретації отриманих результатів, формулюванні основних положень і висновків, а також впровадженні результатів роботи у виробництво.

Структура та об'єм роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, шести розділів, висновків, списку використаної літератури (128 найменувань) та додатків. Вона викладена на 153 сторінках машинописного тексту, містить 30 рисунків та 28 таблиць. Додатки складають 7 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ

Обгрунтована актуальність, наукова і практична важливість питань, які складають предмет досліджень дисертаційної роботи, сформульована мета та шляхи її реалізації.

Аналіз літературних даних та обгрунтувати! мети досліджень

Вивчено різноманітні гіпотези про активність пуцоланів, проаналізовано методи механоактивації в'яжучих та механізми їх дії, розглянуто технології виробництва газобетонів, сформульована мета та завдання досліджень.

Характеристика матеріалів та методів досліджень

Об'єктом досліджень є різні за природою пуцолани: опока Рава-Руського родовища (Львівська обл.), горіла порода Львівсько-Волинського вугільного басейну, цеолітова порода Сокирницького родовища (Закарпатська обл.), зола винесення Бурпггинської ТЕС (Івано-Франківська обл.). А також гідратне та негашене вапно

Пустомигівського вапняного заводу, фосфогіпс ДГХГІ "Сірка" та гіпсовий камінь Щирецького родовища (Львівська обл.).

Фізико-механічні властивості вапняно-пуцоланових в'яжучих та газосилікату визначали згідно з стандартами: ГОСТ 2544-76, ГОСТ 25485-89, ГОСТ 360.4-81, ГОСТ 10180-90, ГОСТ 12730.1-78, ДСТУ Б.В.2.7.-47-96. Рентгенофазовий аналіз проводився на дифрактометрі ДРОН-3 (СиКа-випромінювання), термічний аналіз - на дериватографі 0-15000 системи Ф.Паулік, Г.Паулік, Л.Ердеї, електронно-мікроскопічні дослідження - на растровому електронному мікроскопі "ТЕБЬА-ВБ-ЗОО". При дослідженні процесів гідролізу використовували іономір універсальний ЭВ-74, спектрофотометр СФО. Вимірювання в'язкості проводили на віскозиметрі конструкції Шведова тилу ВСН-ЗУ4, пластична міцність визначалась з допомогою конічного пластометра. Активність пуцоланів досліджувалась шляхом поглинання вапна із його насиченого розчину та методом на згин і стиск, вміст незв'язаного Са(ОН)2 визначався етилово-гліцератним методом.

Розробка складів вапняно-пуцоланових в'яжучих та вплив віброактивації на їх властивості

У склад вапняно-пуцоланових в’яжучих (ГОСТ 2544-76 "Вещества вяжущие из-весгесодержащие гидравлические") входить вапно (10...30 мас.%), гіпсовий камінь (5 мас.%) та пуцолана. Оптимальну кількість вапна, що становить 20%, було визначено в залежності від незв'язаного Са(ОН)з у складах вапняно-пуцоланових в'яжучих, вміст компонентів у яких знаходився в межах регламентованих вказаним стандартом.

Проведений порівняльний аналіз фізико-механічішх властивостей вапняно-пуцоланових в'яжучих на основі негашеного і гідратного вапна свідчить про необхідність використання негашеного вапна у складі вказаних в'яжучих для прискорення процесів їх тужавіння та раннього структуроутворення газосилікатної суміші. Однак, вплив гіпсового каменю на процес гідратаційного тверднення негашеного вапна є недостатньо ефективним. В умовах гідротермальної обробки (пропарювання) відбуваються деструктивні процеси, що призводять до спаду міцності в’яжучих. У зв’язку з тим, було досліджено вплив фосфогіпсу на фізико-механічні властивості вапняно-пуцолаяових в’яжучих складу 1:0. Кількість фосфогіпсу було вибрано аналогічно регламентованому у стандарті вмісту гіпсового каменю (5%) та з кроком ±2% (табл. 1).

Аналіз результатів показує, що терміни тужавіння вапняно-пуцоланових в’яжучих на основі негашеного вапна збільшуються у прямопропорційний залежності від кількості введеного фосфогіпсу, проте максимальний приріст міцності спостерігається при 5%-ному його вмісту.

З метою підвищення міцності в’яжучого та покращення інших техніко-ексшіуа-таційних характеристик виробів у роботі використовували віброобробку у лабораторному вібраційному лопастному активаторі.

Змінними параметрами віброобробки є амплітуда віброколивань та тривалість процесу. Комбінуючи значення цих величин згідно з матрицею планування для повного

двофакторного експерименту встановлювали режими віброобробки. Частота віброко-ливань є постійною і складає у=50 Гц.

Таблиця 1

Вплив фосфогіпсу на терміни тужавіння і міцність вапняно-пуцоланових в’яжучих на основі негашеного вапна

Склад в’яжучого, мас. % В/Г Терміни тужавіння, год-хв Границя міцності пропарених зразків на стиск, МПа, через

вапно нега- шене фос- фогіпс пуцолановий компонент

опока горіла порода цеолі- това порода поча- ток кінець 1 добу 28 діб

20,0 3,0 77,0 — — 0,50 0-34 2-07 20,4 22,9

20,0 5,0 75,0 — — 0,47 0-55 2-50 22,8 25,0

20,0 7,0 73,0 — — 0,46 1-25 3-20 18,5 21,2

20,0 3,0 — 77,0 — 0,39 0-58 2-10 17,8 20,6

20,0 5,0 — 75,0 — 0,36 1-05 2-45 20,4 22,8

20,0 7,0 — 73,0 — 0,34 1-18 3-24 16,4 19,5

20,0 3,0 — — 77,0 0,43 0-56 2-25 16,1 18,4

20,0 5,0 — — 75,0 0,45 1-10 2-54 18,0 19,5

20,0 7,0 — — 73,0 0,47 1-30 3-30 17,1 19,0

При оптимальному режимі віброактивації (амплітуді коливань - 3 мм і тривалості віброобробки - 15 хв) приріст міцності в’яжучого иа основі опоки складає 10%; на основі горілої породи - 20%; на основі цеолітової породи - 65% (рис.1).

2-7 режими віброобробки

х,у,г

Рис.1. Вплив часу віброобробки і ашіітуди коливань на механічну міцність вапняно-цеолітового в’яжучого.

Наявність оптимального режиму віброактивації зумовлена наступним: при великих амплітудах (А-5 мм) виникає інтенсивна кавітація, утворюється велика кількість бульбашок, які чинять опір подальшому поширенню віброколивань. Тобто, ефект дії вібрації спостерігається у незначному об’ємі дисперсної системи. Низька інтенсивність коливань (А~1 мм) не викликає помітних змін у властивостях в’яжучих речовин, Встановлено зростання в результаті віброактивації' активності в’яжучих (табл.2). Так, марка вапняно-глинітяого в’яжучого збільшується з МІ 00 до МІ 50, вапняно-цеолітового — з МІ00 до М200.

Таблиця 2

Міцність неактивованих та віброакгивованих в’яжучих (склад 1:3, зразки 40x40x160 мм)

Склад в’яжучого, мас.% В/Т Границя міцності пропарених зразків, МПа

Вапно негаше- не фосфо- гіпс пуцолановий компонент

опока горіла порода цеоліт. порода на згин на стиск

20,0 5,0 75,0 - — 0.64 0,57 5*2 5,3 15.5 17,8

20,0 5,0 - 75,0 — 0.58 0,50 ІЛ. 5,8 12.7 17,5

20,0 5,0 - - 75,0 0.62 0,53 3,9 7,4 12.0 20,4

Примітка: у чисельнику — неактивоване в 'яжуче; у знаменику—віброактивоване

Фішко-хімічиі властивості водних дисперсних систем на основі віброактивованих пуцолаиів

У водному середовищі окремі складові пуцоланових речовин здатні гідролізувати. Під дією віброактивації процес гідролізу пуцолаиів інтенсифікується, що підтверджено зростанням значень рН-середовища (для віброактивованих суспензій опоки, горілої породи та цеолітової породи - рН =8,4; 8,5; 9,6, відповідно).

У пуцолаиів, що містять активний кремнезем — опоки і горілої породи, ці процеси зумовлені явищами, які відбуваються на поверхні частинок кремнезему. Згідно з Р.Дилером, на них адсорбується ОН~-іон , підвищуючи при цьому кординаційне число атома силіцію більше чотирьох, що сприяє послабленню зв’язку кисень - силіцій і, відповідно, подальшому утворенню силікатг-юна, який переходить у розчин у вигляді Зі(ОН)4 згідно з схемою:

N4 \ Ч ' '

-Хг-О-М-ОН —Л'г-О-Лг—ОЯ -Яі-О-Яі-ОН

о о Ч Ч. < он

—Лї—О—Лї—ОЯ + ОІГ — -ЯІ-О-ЯІ-ОН +ЗНОН-* -Яі-ОН + 8і(ОН)4 + ОІГ ' / / / /

Ч Ч Ч Ч 0ІГ Ч Щ

-ЬІ-О-ХІ-ОН -ві-О-З&Н —іїі—0—$і~-0Н

/ / ! J / /

Ідентифікація 8і(ОН)4 проводилась за реакцією з молібденовою кислотою, в результаті якої утворюється жовта силіціймолібденова кислота. Відносна зміна концентрації 8і(ОН)4 у віброактивованих суспензіях пуцоланів визначалась за зміною інтенсивності жовтого забарвлення новоутвореної силіціймолібденової кислоти шляхом вимірювання світлопропускання (рис.2).

Збільшення концентрації силіціймолібденової кислоти, що спостерігається у віброактивованих суспензіях опоки та горілої породи свідчить про високу інтенсивність протікання процесів гідролізу їх кремнеземної складової.

100 ^ 80 | 60 І 40

0

1

б 20 0

1 2 3 4 5 6 7

Режими віброактивації

Рис.2. Залежність світлопропускання від концентрації 5і(ОН)4, утвореного у тонко-дисперсних суспензіях пуцоланів при наступних режимах: 1 - неактивована; 2 - А=1 мм, т=5 хв; 3 - А=5 мм, т=5 хв; 4 - А=1 мм, т=25 хв; 5 - А=3 мм, т=25 хв; 6 - А=5 мм, т=25 хв; 7 - А=3 мм, т=15 хв.

У цеолітової породи здатність до гідролізу проявляє склоподібна складова. Висока інтенсивність цього процесу зумовлена зростанням значень рН-середовища у віброактивованих тонкодисперсних суспензіях цеолітових порід в результаті обмінної здатності кпиноптилоліту:

Ма6- [(АІО])6 24Н20+ п НОН ^

<-> ЛГа^ Н„ • [ (А 102)б '(КО^зо]- 24Н20 + п• їХа + п■ ОН.

Суспензії пуцоланів характеризуються певного в’язкістю. У віброактивованих суспензіях спостерігається її зменшення (рис.З).

Пояснення явища зменшення в’язкості у віброаісгивованих суспензіях випливає з моделі подвійного електричного шару навколо тонкодисперсної частинки пуцолани у водному середовищі. Під дією вібрації вивільняється деяка частина рідкої фази, що оточувала частинку у вигляді подвійного електричного шару і суспензія стає більш текучою.

■ опока горіла порода -ж- цеолітова порода

—о— опока

—Л- горіла порода

-Ж- цеолітова порода

Режими віброактивації

Рис.З. Залежність в’язкості суспензій пуцоланів при В/Т=0,6 від режимів віброактивації (позначення режимів див.рис.2).

Однак, з часом при відсутності зовнішньої механічної дії в’язкість віброакти-вованих суспензій тіксотропно відтворюється (рис.4).

т, хв

- опока

- горша порода

—Ж— цеолітова порода

Рис.4. Зміна в’язкості віброактивованих суспензій пуцоланів в часі.

Як зображено, у віброакгивованої суспензії опоки протягом ЗО хв, у суспензії горілої породи протягом 25 хв, у суспензії цеолітової породи протягом 15 хв відбуваються процеси структурування, протікання яких, очевидно, зумовлює новоутворений Зі(ОН)4.

Дослідження процеси взаємодії між компонентами вапняно-пуцоланових в ’яжучих

Активність пуцоланових речовин, як здатність кислотних оксидів, що містяться в них, реагувати з Са(ОН)2 визначалась методом поглинання пуцоланою вапна із його насиченого розчину (рис. 5).

Процес взаємодії опоки та горілої породи з Са(ОН)2 відбувається шляхом: адсорбування катіонів кальцію на активних поверхневих шарах частинок та хімічної взаємодії між ними. Згідно з літературними даними, у опоки активним компонентом є кремнеземний у вигляді гідроксильних груп -Бі-ОН, у горілих порід - алюмінатний у вигляді дегідратованих глинистих мінералів та кремнеземний

Максимальна активність характерна для цеолітової породи, взаємодія якої відбувається у дві стадії:

I - інтенсивне поглинання цеолітовою породою катіонів Са2* в результаті обмінної реакції між цеолітним мінералом - клиноптилолітом і Са(ОН)з;

II - сповільнена взаємодія між Са(ОН)2 і цеолітовою породою. Така взаємодія аналогічна для опоки та горілої породи. Активною складовою цеолітової породи, що вступає у реакцію є склофаза.

Як зображено (рис.5), у віброактивованих суспензіях пуцоланів спостерігається зростання активності. На початкових стадіях (до 20 хв) відбувається інтенсивне поглинання катіонів Са2+ , що є наслідком збільшення концентрації високоактивного 8і(ОН)4 у суспензіях пуцоланів в результаті дії віброактиващї. Одночасно із процесами інтенсивної взаємодії між Са(ОН)г і Зі(ОН)4, відбувається взаємодія і на поверхні частинки пуцоланя, яка характерна для неактивованих речовин.

В загальному, за зростанням активності віброаісгивовані пуцолани можна розташувати в ряд: горіла порода < опока < цеолітова порода.

80

1

X

опока нсаггавоваяа

— ■О- опока віброахтивована

” '’А-..горіла порода

неактивована — -А— горіла порода

віброактивоваиа —Ж— цеолітова порода цеахтивована — *Х— цеолітова порода віброактивована

0

10

20

ЗО

40

50

60

г, хв

Рис.5. Поглинання пуцоланами С’а: із насиченого розчину Са(ОН)а з часом.

З метою досліджень склоподібної фази цеолітової породи як активного компонента при взаємодії з Са(ОН)2 вивчені процеси, які відбуваються при термо-обробленш цеолітових порід з високим вмістом ( -80% ) вігрокластичвої складової, представленої уламками вулканічного скла. Згідно з результатами ДТА і РФА при їх термообробленні до 600°С руйнування клиноптилоліту не спостерігається. Тому очевидно, що зміни активності, в основному, зумовлені деструктивними процесами склоподібної фази.

Визначення міцності вапняно-пуцоланових в’яжучих на основі термооброблених цеолітових порід, що є показником їх активності, показали — максимальний приріст (46-67%) спостерігається у в’яжучому на основі порід, термооброблених при 400-600°С. Результати РФА свідчать про наявність у камені таких в’яжучих гідросульфо-алюмінату кальцію та гідрогранатів. Виникнення вказаних алюмовмісних фаз є наслідком термічної деполімеризації склоподібної складової цеолітових порід.

Вивчення новоутворень у камені в’яжучих на основі віброакгивованих пуцоланів методами рентгенофазового аналізу та електронної мікроскопії свідчить про ідентифікацію:

— у вапняно-опоковому в’яжучому гідросилікату кальцію СБЩІ), у структурі каменю відсутні чіткі кристали, що пов’язане із слабкою закристалізованістю вказаного гідросилікату;

— у вапняно-глиштному - тобермориту 5Са068і02'5Н20, структура каменю представлена тонкими пластинами і планками, у формі яких кристалізується цей гідросилікат;

— у вапняно-цеолітовому - етрингіту , гідросилікату кальцію типу СБЩІ) та гідрогранатів, структура каменю представлена голкоподібними кристалами етрингіту, подекуди у формі сферолітів і багатогранними кристалами гідрогранатів.

Розробка технології виробництва газосилікату з використанням віброактиеаціі та її апробація

Досліджені фізико-хімічні процеси у віброактнвованих суспензіях пуцоланів та фізикомехашчні властивості вапняно-пуцоланових в’яжучих на їх основі є передумовою для практичної реалізації технології виробництва неавтоклавного газосилікату з використанням комплексної вібрації — віброактивації та вібровспучування.

У виробничих умовах віброактивацію газосилікатної суміші здійснювали одночасно з перемішуванням у двоваловому гвинтовому змішувачі з віброактивато-ром (тривалість процесу — 15 хв, амплітуда — 3 мм). Вібровспучування газосилікатної суміші проводили за режимом: тривалість — 20...25 хв; амплітуда коливань —

0,5... 0,7 мм; частота коливань —50 Гц.

Встановлено, що оптимальні характеристики конструктивно-теплоізоляційного газосилікату досягаються при співвідношенні кремнеземний компонент/в’яжуче = 0,8. При вказаному співвідношенні витрата матеріалів на 1 м3 газосилікату (0700) скла-

дає: негашене вапно — 86 кг; пуцолана (опока, горіла порода, цеолітова порода — в залежності від виду газосилікату) — 322 кг; фосфогіпс — 22 кг; зола винесення — 258 кг, алюмінієва пудра — 0,42 кг.

Використання золи винесення в якості кремнеземного компонента зумовлене її високою питомою поверхнею — 8п»т. = 4000 см*/г та пуцоланічною активністю — Яст. = 8,3/9,5 МПа (у чисельнику — неактивоване в’яжуче, у знаменнику — віброактивоване в’яжуче складу 1:3, зразки 40x40x160 мм в умовах пропарювання).

Вивчення структурно-механічних властивостей (в’язкості та ступеня вспучування) газосилікатних сумішей, вспучених в умовах вібрації здійснювались порівняно з властивостями газосшіікатних сумішей, вспучування яких проводили при відсутності зовнішньої механічної дії - у стаціонарних умовах (рис.6). При вібровспучуванні використовували високопластичні газосилікатні суміші (В/Т=0,3б...0,39), а при вспучуванні у стаціонарних умовах - низькопластичні (В/Т=0,60... 0,65).

пЮЛПа-с а С, в

т, хв т, хе

Рис.6. Кінетичні криві структуроутворення (а — в’язкість, в — ступінь

вспучування) у стаціонарних умовах (------------) та при віброспучуванні (......... )

газосилікатних сумішей на основі в'яжучих: ® — вапняно-опокового; X — вапняно-цеолітового; А — вапняно-глинітного.

Під впливом вібрації відбувається тіхсотропне розрідження, в результаті чого в’язкість високо- і низькопластичних сумішей протягом 20 хв € практично однаковою. В подальшому, процеси структуроутворення переважають - в’язкість зростає.

В’язкість газосилікатних сумішей впливає на їх здатність до вспучування. В умовах вібрації граничне напруження зсуву системи , що чинить опір утворенню газових бульбашок, зменшується до мінімального, суттєво полегшується початок

пароутворення у суміші і, як наслідок, досягається максимальна ступінь вспучування (С„=2,44).

Контроль фізико-механічних властивостей газосилікату свідчить про їх відповідність стандарту ГОСТ 25485-89 (табл.З).

Таблиця З

Фізико-механічні властивості газосилікату

Найменування показника Розмір- Газосилікат на основі вапняно-пуцоланових в’яжучих

ність на опоці на горілій породі на цеолітовій породі

Міцність на стиск МПа 2,8 2,6 3,6

Середня густина кг'м3 715 705 720

Теплопровідність Вт/м°С 0,124 0,110 0,131

Відпускна вологість % 31,4 30,5 33,4

Сорбційна вологість при \\и=75% % 10,7 10,3 13,4

Морозостійкість цикли 15 15 15

Виробнича перевірка технології неавтоклавного газосилікату була проведена у ТзОВ “Рятмекс-К”. За рахунок дії комплексної вібрації газосилікатної суміші досягаються високі фізико-механічні показники виробів, що дає можливість використовувати більш енергоощадні види теплової обробки, зокрема замінити авто клавування пропарюванням . В результаті цього собівартість 1 м3 газосилікату зменшується на 17,7 грн.

ВИСНОВКИ

1. Науково обгрунтовано та практично доведено використання віброактивації водних дисперсних систем для покращення техніко-експлуатаційних властивостей вапняно-пуцоланових в’яжучих та газосилікату на їх основі. Методом математичного планування експерименту визначено оптимальні режими віброактивації. Встановлено, що приріст міцності вапняно-пуцоланових в’яжучих при оптимальному режимі віброобробки складає: 10% - при використанні опоки, 20% - при використанні горілої породи, 65% - при використанні цеолітової породи. Клас за міцністю неавтоклавного газосилікату (П700) на основі вказаних в’яжучих становить В 1,5; В 1,5; В 2,5, відповідно.

2. Показана необхідність створення умов для гідратаційного тверднення негативного вапна у складі вапняно-пуцоланових в’яжучих з метою прискорення процесів раннього структуроутворення газосилікатних сумішей, яка реалізується при використанні в’яжучого, що містить (у мас.%): пуцоланова речовина - 75; негашене вапно - 20; фосфогіпс - 5.

3. Вивчено процеси гідролізу кремнеземної складової опоки і горілої породи та склоподібної фази цеолітової породи, що відбуваються під впливом віброактивації. Максимальна інтенсивність цих процесів у віброактивованих суспензіях цеолітових порід зумовлена зростанням значень рН-середовища в результаті обмінної здатності клиноптилоліту.

4. Встановлено зменшення в’язкості суспензій опоки, горілої та цеолітової порід, що є результатом стиснення під дією вібрації подвійного електричного шару навколо частинок пуцоланів. Виявлено протікання з часом (протягом 15...30 хв) процесів струкгурування у віброактивованих суспензіях пуцоланів.

5. Зростання активності віброактивованих пуцоланів в ряду: горіла порода < опока < цеолітова порода є наслідком збільшення концентрації високоактивного 8і(ОН)4, утвореного в процесі віброактивації суспензій пуцоланів. Доведено, що активність цеолітових порід е результатом взаємодії склоподібної складової та Са(ОН)2.

6. Методом рентгено-фазового аналізу і електронної мікроскопії встановлено, що в системі віброактивована пуцоланова речовина - негашене вапно - фосфогіпс в умовах гідротермального оброблення при температурах 85...90°С характерне утворення: гідросилікату кальцію типу СБЩІ) - при використанні як пуцолани горілої породи, гідросульфоалюмінату і гідрогранатів - при використанні як пуцолани цеолітової породи.

7. Розроблено технологію виробництва газосилікату з використанням комплексної вібрації. Науково обгрунтована необхідність проведення вібровспучування вібро-активованих газосилікатних сумішей для запобігання процесів раннього структуру-вання. В умовах вібрації зменшується в’язкість, в результаті чого досягається висока ступінь вспучування ( С,=2,44) газосилікатних сумішей із низьким водотвердим відношенням (В/Т=0,36...0,39). Газосилікат із таким В/Т характеризується швидким набором пластичної міцності.

8. Виявлено зв’язок між характером структури та фізико-механічними властивостями віброактивованого газосилікату. Дослідження його загальної пористості показали, що на міцність у найбільшій мірі впливає капілярна та гелева пористість, із збільшенням середнього розміру коміркової пори міцність зменшується.

9. Виробнича перевірка технології неавтоклавного газосилікату, що базується на використанні комплексної вібрації була проведена у ТзОВ “Ритмекс-К” (м. Львів). Досягнення високих фізико-механічяих показників виробів дає можливість використовувати більш енергоощадні види теплової обробки, зокрема, замінити автоклавування пропарюванням. В результаті цього собівартість 1 м3 газосилікату зменшується на 17,7 грн.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО У ПРАЦЯХ:

1. Якимечко Я.Б., Ференц Н.О. Форми зв'язування гіпсу у вапняно-цеолітових в’яжучих // Хімія, технологія речовин та їх застосування. Вісник Львівського політехнічного інституту, - Львів, -1992 - N260 - С.81-83.

2. Ференц Н.О., Якимечко Я.Б., Семеген Р.І., Солоха І.В. Вплив термообробки на властивості цеолітової породи та зв'язних речовин на їх основі // Хімія, технологія речовин та їх застосування. Вісник Державного університету "Львівська політехніка"-Львів,- 1994.-N276,- С.145-147.

3. Ференц Н.О. Вапняновмісні зв'язні речовини на основі віброактивованих гідравлічних компонентів // Хімія, технологія речовин та їх застосування. Вісник Державного університету "Львівська політехніка", - Львів, - 1995,- N285.- С.133-134.

4. Якимечко ЯБ, Ференц НО., Позняк О.Р. Перспективні напрямки використання будівельного вапна // Хімія, технологія речовин та їх застосування. Вісник Державного університету "Львівська політехніка", - Львів, - 1997,- N332 . - С.237 -240.

5. Якимечко Я.Б., Ференц Н.А. Влияние сульфатов на свойства известково-цеолитовых вяжущих // Матер. В сесоюзн. конф. "Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии'1 .Часть 2. -Белгород,- 1991С.69-70.

6. Якимечко Я.Б., Ференц Н А., Литвин Н.И., Бокийчук З.Я. Некоторые особенности получения местных вяжущих материалов с применением техногенных продуктов // Матер. Всесоюзн. науч.-техн. конф. "Использование вторичных ресурсов и местных материалов в сельском строительстве".- Челябинск, - 1991.- С.34-35.

7. Гузовський І.М., Ференц Н.О. Особливості гідратації вапняно-цеолітових в'яжучих //Матер. Облает, науч.-техн. конф. студ. и молод, ученых "Химия, химическая технология, химическое машиностроение".- Днепропетровск, -1991,- С.104.

8. Якимечко Я.Б., Ференц Н.А. Бесклинкерные вяжущие на основе техногенных продуктов//Матер. Республ. науч.-практ. конф."Утилизация промышленных отходов для производства экологически чистых и эффективных строительных материалов". -Ровно, - 1991,- С.13.

9. Якимечко ЯБ, Ференц Н.А. Отходы углеобогащения - активная составляющая известьсодержащих вяжущих //Матер. Межреспубл. семинара-совещ. и коммерч. ярмарка "Практич. реализация Межгосударственной программы использования попутно добываемого сырья.- Ангрен, -1991. - С. 16.

10. Ящишин И.Н., Якимечко ЯБ, Ференц Н А. Экспериментально-статистическая модель зависимости прочности известково-пуццоланового вяжущего от режимов виброактивации //Матер, межгосуд. семинара "Принятие рецептурно-технологических решений по экспериментально-статистическим моделям”. - Одесса, - 1994,- С.24.

И. Якимечко Я.Б., Ференц Н.А. Влияние колебаний низкой частоты на гидравлическую активность пуццолановых веществ //Матер. Всероссийского совещ. "Наука и технология силикатных материалов в современных условиях рыночной экономики". -Москва, - 1995,- С.65. ■

12. Пат.2024459 Российская Федерация, МКИ С 04 В 28/20. Вяжущее/ Ю.В. Боднар, Я.Б.Якимечко, Н.А.Ференц (Украина). N 4886745 /33;3аявл. 04.12.90, Опубл. 15. 12. 94, Бюл. N23.-50.

13. Пат. 5466 Україна, МКВ С 04 В 28/20. В'яжуче/ Ю.В.Боднар, Я.Б.Якимечко, Н.О.Ференц (Україна).-№4886745/33; Заявл.04.12.90; Опубл. 28.12.94, Бюл. N7-1.- 5с.

14. Пат. 2041864 Российская Федерация МКИ С 04 В 28/10//(С 04 В28/10, 28:14, 14:04). Вяжущее/Я.Б.Якимечко, Н.А.Ференц (Украина).- N5064552/05; Заявл. 07.07.92; Опубл. 20.08.95, Б юл. N23.-4с.

15. Пат.10674А Україна, МКВ С 04 В 28/22. Зв'язне/ Н.О.Ференц, Я.Б.Якимечко (Україна) - N94062492; Заявл.21.06.94,0публ.25.12.96, Бюл. N 4.-4с.

16. Пат. 15794 Україна, МКВ С 04 В 28/22. В'яжуче/ Я.Б. Якимечко, Н.О.Ференц (Україна).-N93005756; Заявл.ЗО.06.93 ; 0публ,30.06.97, Бюл. N 3,- 4с.

Ференц Н.О. Віброактивовані вапняно-пуцоланові в'яжучі та газосилікат на їх основі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандадата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 - технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. - Державний університет "Львівська політехніка",-Львів, 1998.

Дисертацію присвячено розробці теоретичних основ, науково-практичному обгрунтуванню метода віброактивашї для підвищення міцності вапняно-пуцоланових в'яжучих з метою використання їх у виробництві газосилікату.

Розроблено склади вапняно-пуцоланових в'яжучих з оптимальними технологічними характеристиками. Досліджено вплив віброактивації суспензій пуцоланів на міцність в’яжучих на їх основі. Вивчено фізико-хімічні властивості віброакти-вованих суспензій пуцоланів.

Розроблено технологію виробництва неавтоклавного газосилікату з використанням комплексної вібрації, здійснено її апробацію. Досліджено структурно-механічні властивості газосилікатних сумішей.

Ключові слова: вапняно-пуцоланове в'яжуче, віброактивація, суспензії пуцоланів, газосилікат.

Ференц Н.А. Виброакгивированные известково-пуццолановые вяжущие и газо-силикат на их основе. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.11 - технология тугоплавких неметаллических материаллов- Государственный университет"Львивська политехника" —Львов, 1998.

Диссертация посвящена разработке теоретических основ, научно-практическому обоснованию виброактивации водных дисперсных систем для повышения прочности известково-пуццолановых вяжущих с целью использования их в производстве газо-силиката.

Разработаны составы известково-пуццолановых вяжущих с оптимальными технологическими характеристиками. Исследовано влияние виброактивации суспензий пуццоланов на прочность вяжущих на их основе. Изучено физико-химические свойства виброактквированных пуццоланов.

Разработано технологию производства неавтоклавного газосиликата с использованием комплексной вибрации, осуществлено ее апробацию. Исследовано структурномеханические свойства газосиликатных смесей.

Ключевые слова: извесгково-пуццолановые вяжущие, виброактивация, суспензии пуццоланов, газосиликат.

Ferents N.A. By activated vibration calcareous-pozzolanic binding and aerosilicate on them basis. - The manuscript.

Thesis for a candidat's degree by speciality 05.17.11 -Technology of high-melting nonmetal materials. - State University "Lviv Polytechnic", —Lviv, 1998.

The thesis is devoted to development of theoretical basis, scientific-practical to substantiation of a method ofa vibroactivation for a raise of strength calcareous-pozzolanic binding with the purpose of use them in production of aerosilicate.

The structures calcareous - pozzolanic binding with optimum technical characteristics are developed. The influence of the vibroactivation of suspensions of pozzolans is investigated on strength binding on their basis. Is investigated phisicoes - chemical properties vibroactivation of suspensions of pozzolans.

Is developed the technology without autoclave of aerosilicate with use of complex vibration, is realized it approbation. Is investigated of structural-mechanical properties aerosilicate of a mixtures.

Key words: calcareous-pozzolanic binding, vibroactivation, suspension the aerosilicate of pozzolans.