автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Влияние технологических факторов на ранние стадии твердения шлакощелочных строительных материалов

РГ5 ОД

1 1 НО il fêS'û MTHICTEPCTBO ОСШТИ УКРАШИ

Харгавський державний тсхшчний ушверситет буд1вництва i архггектури

на правах рукопнсу

ДОМАНСЬКА Наташя Геннадпвна

УДК 691.3:691.5:666.942.17:624.138.949

ВШШВ ТЕХНОЛОГ1ЧНИХ ЧИННИКШ НА РАНШ СТАД1Г ТВЕРДШНЯ ШЛАКОВОЛУЖШГХ БУДШНЛЫШХ МАТЕР1АЛШ

Спсщачыпсть: 05.23.05 - Будхвельш матер1али та вироби

Автореферат дисертаци на здобуття вченого ступеня кандидата тсхттшгх наук

Харыв 1996

Дисертащю представлено рукописом.

Роботу Бикокано на кафедр! "Ф1гико->:1г.йчна механ!ка 1 технология бетону" Хзрювського державного техМчного унДверситету

будхьшщтва та арх1текхурй (ХДГУБА),

Науковии кер1вник - Эзслужений дхяч науки и техш.ки Укрзш!, доктор текн1чник наук, профеоор УНЕРОВ-МАРШАК О.В.

0ф1щйн1 ошкенти: доктор техтчних наук, профеоор 1ЖЗХА М.Г.

кандидат техгйчних наук, доцент .

ТТ7ПГГГГТТ А л

1ии 1.1x1 А.«.

Пров 1 дна орган1зац!я: Украшзьгаш науково-догаидний 1нститут

буд1велънкх матер!ал1в I вироСпв (НД1БШ)

Захист в!дбудеться /2 1996 р. о /^^годии!

на вао1данн1 Спещал1вовано1 ради д. 02.07.03 при Харк1воькому державному техшчному ун1верситет1 буд1ЕНицтва та арултектури за адресов 310002 ?«.Харк1Е, Бул. Сумська 40.

3 дисертащею мокна ознайомитися у Слблютец! ушЕерситету. Автореферат розюлано " $ " р.

Учений секретар ^ /Р

Спец1ал1воЕано1 ради, д.т.н., проф. ешльяноЕа I.A.

ЗАГАЛЫ1А ХАРАКТЕРИСТИКА ПРАЩ

АКТУАЛЬШСТЬ ПРАЩ. В осташи десятшнття вщзначасться тенденщя до рознгарення обсяпв використання шлаковолужних буд1велытих матер|'ал1"в. Пщвищений шхерес до проблеми застосуванпя таких композицш у виробництш буд1велышх матер1атв та вирс^в поясшосться з еколопчноГ точки зору та деякими перевагами при використанш у спешальних цшях. Розширюеться сировинна база виробництва ¡з включениям нових дисперсннх компонента та видав зачшппшв.

Однак обсяг ведомостей про ганетику пдраташГ р1зпих шлаковолужних матер1а,шв па раншх ста/и ях недостатшй. Це пов'язапо з багато-компонентшспо шлажжпспих систем, р1зномаштгям вгшиву технолопчних чиншшв, низьким ступеней перетворення па початку взаемоди, складним складом новоутворень. Недостатшй ступшь вивченосп дих аспекпв утрудшое можливостт регулювання процессе твердшня шлаковолужних в'яжужих на раншх стад1ях I зумовлюе доцшыпсть затучення пових тдходо до юльюсноУ ощнки реакпшио! здатпосп' компонент та дослщження пpoцeciв твердшня.

Одним з таких пщход1в е термокшетичгаш аншз, iнфopмaцiя котрого мае <]нзико-хш1чний зм1ст, е об'сктивною I безперсрвною з моменту зачинення в'яжучих. Встановленпя термоганетичних законом1рностей дасть змогу усунуги матер1алозиавсыа прогалини та кшыасно ошнити вплив р!зних технолопчшх чиншшв - сютду н'яжучого, виду та концентрацп зачишшка, а також температуря на процеси твердшня шлаковолужних булдвельних мaтepiaлiв.

МЕТА ПРАЩ - шдвшцення ефективнослт використанпя техногенних i природних компонен-пв шлаковолужних бущвельних матер1атв на осиов1 термокшетичного анал1зу вил иву технолопчних фактор1в на рант" стадо твердшня.

ЗАВДАНПЯ ДОСЛ1ДЖЕННЯ;

- вивчити вплив технолопчних чиншшв на тепловидшення при твердшш шлаковолужних в'яжучих речовин;

- оцшити реакгцйну здатшсть шлакових мшераи'в у процесах твердшня;

- дослщити особливосп прояву ефекту лужиоГ активацн в залежносп шд способу надходжешы лугу у композицно;

- вивчити вплив виду лужпого зачинника та його концентрацн на кшетику тепловидшення при пдратацн шлаюв;

- оцшити дно температурного чишшка при твердшш шлаковолужних в'яжучих за 1зотсрм1чиих та не!зотерм1чшгх умов;

- встановити законо.упрносп раншх стад1й твердшня та провести Iх класифпсаиио за ознаками швидкосп та повноти тепловидшення з метою прогнозу реакцШно! здатносп 1 обгрунтування режшшв твердшня шлаковолужних будтельних материипв. НАУКОВА НОВИЗНА ПРАЩ:

• теоретично та експерименталыю обгрунтовано можливосй застосування результат тер.мокш стачного анал!зу в зама та технологи шлаковолужних будшелышх матер1алш,

• з урахуванням кристалох1м1чних особливостей структури шлакових мшералт встановлено ряд 1х реакщйно! здатносп у присутносп луту: гелешт > мелшт > оксрмашт > дюпсид > анортит;

• визначено ряд термоынетично! активное!! лужних зачинншав №011, Ь'а28Юз та МагСОз в задежносп вщ виду ашона, доведено кшыасний взаемозв'язок концентрацн лугу та показнишв тепловидшення;

• оцгаено ггрояв ефекту - момент та штенсившсть лужно! акгивацп шлаюв в залежносп В1д способу надходження лугу до системи, що реагуе;

• встановлено законолирносп змши тепловидшення на рашп'х стаддях пдратацн шлаковолужних будшелышх матер1ал1в, вщнесених до низькотерм!чних в'яжучих речовин;

• запропоновано класифкацш процссш твердшня шлаковолужних в'яжучих за ознаками швидкосп I повноти тепловидшення.

ПРАКТИЧНА ЗНАЧУПДСТЬ РЕЗУЛЬТАТЕВ ПРАЩ:

• кшьюсно оциено вплнв мшералопчного складу шлагав та 1х основносп, виду 1 концентрацн лужннх зачинншав, температури на тепловидшення при твердшш для вибору технолопчних ршгень;

• визначено роль температурного чшшика при пдратацн шлаковолужних в'яжучих за ¡зотермшних та не1зогерм1ч!шх умов, обгрунтовано рацюпальпш параметри теплового впливу при твердшш;

• показано, що гермокшетичний ашипз дозволяв тдвищити ефектившеть використання природних 1 техногенних компонент шлаковолужних буд]всльних матср!а'пв за рахунок oii.ii пси 1x111,01 реакцшноТ здатносп, видшення основних перюд!в рашгьох пдратацн при шдбиранш композицшних склад1в 1 режтив твердшня.

Виконана робота е частиною комплексу дослщжень з шлаковолунашх в'яжучих матер1алт, проведеного сишьно з НД1 в'яжучих речовин 1 матср1алш 1м. В.Д.Глуховського та ¡ншими ш статутами.

Результата дослщжень 1 рекомендацн використано для оцшки реакцшно! здатносп ршгомаштних шлаковолужних в'яжучих з метою шдвшцення 1х ефективносп при отриманш мaтepiaлiв ¿з заданими властивостями, у тому числи - для локашзацц' токенчних вiдxoдiв у компаунди тривалого поховання.

АПР0БАЦ1Я ПРАЩ. Основш положения правд доповщалися на ряд1 конферсищй, у тому чюлг.

першш М1жнародшй конференци "Шлаковолужш цемента 1 бетопи" (м.Кшв, 1994 р.);

шостш МЬкпародш'й конференци з калориметрн та термичного аиал1зу (Полыца, м.Закопане, 1994 р.);

щор!чних науково-техшчних копференшях ХДТУБА (1992-1995 рр.).

ГГУБЛЖАЦП. За матер1алами робота вийшли друком п'ять пубшкащй та отримано позитивне рлнення на одержання патенту Украпга.

ОБСЯГ ПРАЩ. Праця складасться з вступу, п'яти глав та загальних висновюв, розмйцуеться на 156 сторшках машинописного тексту, метить 49 рисушив, 18 таблиць, список лггератури з 138 найменувань, а також 1 додаток.

Авторка висловлюе кдячшеть проф. П.В.Кривенку за участь у постановщ робота та обговоренш и результат.

КОРОТКИЙ ЗМ1СТ ПРАЩ

Пробле\п ефектавного використання шлаюв нрисвячеш дocлiджeння П.1.Божснова, П.П.Будникова, Ю.М.Бутга, А.В.Волженського, О.О.Пащенка, С.М.Рояка, Г.Н.Оверцева та ¡л. Значний внесок у цю галузь буд1вельного матер!алознавства зробили В.Д.Глуховсышй та його школа. У 1х працях закладено основи Х1ми та технологи шлаковолужних в'яжучых речовин { бетошв, вщмггну особ.шшсть котрих складае вщеутшеть високоосновних сполук кальцло. Низька основшсть шлакових мшерал1в 1 шдвищешш вмют високоактивних сполук лужних метагпв зумовлюють специфику реакцш пдратацн та фазового складу новоутворень. Визначальну умову пдратани шлаку являе присуттсть лзту, оскшьки частина зв'язшв Ме-О, а саме Са-О 1 М^-О, що легко поляризуються, у шлаках набагато менша нiж у портландцемент^ 1 процеси диспергацп визначаютъея не поляризацию юнних, а розриванням бшьш мщних ковалентних зв'язшв 81-0-81' та А1-0-А1. Це досягасться змшою юнно! сили середовнща зачиненпя шляхом введения до його складу юшв лужних метагпв, як! сприяють шдвшценню рН. У нодальшш пдратацн визначальним процесом структуроутворення с взас.мод!я катюшв Са2+ з кремше- та алгамозолями. Гони Са2+ можуть брати участь у твердофазових реакщях шляхом катюнного обмшу з лужннми юнами, в результат! чого вщбуваеться зв'язування кремнезему та поглиблення пдратацн. 3 певного моменту зростання мщносп цементного камето, що твердк, суироводжусться зниженшш рН рщко! фази. Це забезпечуеться поглинанням лугу при взаемодл гелеподабних низькоосновних силкатш та

пдроэлюмоснлпсатш кальццо з утворенням цеолггопсдабних пдросилжапв змнпаного лужно-лужноземельного складу.

Завдяки цьому шлаковолужш в'яжуч! 1 бсгони па 1х основ1 мають висою ф1зико-мехашчш властквосп.

Накопичено значний досепд теоретичних, експеримепталышх та практичных робгг з шлаковолужних в'яжучих речовин 1 бетошв.

Молена вщзначити недостаток) вивчешеть кшетики пдратацн шлаковолужних композиций. Дискусшшш залишаеться мехашзм дц активного компоненту - лупв та шших зачинншав. Це завдання е найскладшшим стосовно до раншх стад1й пдратацшноУ взаемодй, коли в основному формуеться фазовий склад 1 структура композицй, що тверд1с.

Eнepгeтичнi змши при взаемодй у дасперсних системах викликаються елементарними актами - адсорбщею, розчиненням, х1м1чними реакщями, зародкоутворешмм, кристшпзашето 1 т.д. 1х штенсившсть 1 тривалють на р1зних cтaдiяx процеав вцюбражуються термокшетичними ефектами реакшй пдратацн. Показннки тепловидшення даюгь можлив!сть оцшити термокшетичш особливост! пдратацн. Типов1 залежносп dQ/dт=f(t) 1 вщбивають Н найважливш1 характеристики - швидисть 1 повноту, а також вплив р1зноманпних чинниюв на стадах виробництва та використання к'яжучих.

Роботу виконано у калориметричному центр! ХДТУБА. 3 урахуванням ф1зико-ымчш1х особливостей шлакового дисперсного реагента та дисперсшного середовища - лужних зачинншав, розроблено спещальний калориметричний пристрш для змшуванпя ршких 1 порошкопод|'бних реаген-пв (патентна заявка N В 3402305/3 (1491)).

Основними технолопчними чинниками, котр1 ощнюються методом термокшетичного анашу, е мшеральний склад шлаку та його основность, вид 1 концентращя активатора-зачшшика, композицшний склад в'яжучого та температура твердшня.

Роботу виконано на зразках шлакових мшералш, що включають мелшт, гелешт, окермангг, анортит, дюпеид та гранульованому доменому шлаку заводу "Запор1'жсталь" з Мо=1,11. При вивченш реакцшно! здатносп шлаюв з урахуванням показника Тх основносп використаш кислий та основний гранульоваш домеш шлаки Мар1упольського металургшного комбшату. Як добавки вводилися цеолнова порода Сокирницького цеолшшосного району 1з вмютом клинонтилолпу 70 %, клшкерш мшерали СзБ 1 СзА, портландцемент марки М 400 Здолбушвського цементного заводу; лужний компонент на основ! юм!чно чистих рсагитв N32804, КаОН, ЫагСОз, ^БЮз.

РЕАКЩЙНА ЗДАТШСТЬ ШЛАКОВИХ МШЕРАЛШ. Важливе значения мае мшеральний склад шлаку. Даш про тепловидшення шлакових мшералш на раншх стадшх пдратацн в л)'тератур1 В1дсутш. Вивчено

закономфносп твердшня шлакових мшерашв, ям входять до складу бшыносп шлагав у виробництв1 шлаковолужних буд1вельних матер1ал!в.

Термокшегичшш анал13 показав, що пдратац1я мшерал1в групи мслшту

- мелшту, геленпу та окермашту вщбупасться досить активно. Залелшосл dQ/dт=f(т) вс1х композит й характеризуются двома екзоефектами. Перший

- результат комплексу ф1зико-х1м1чних початкових реакцш - змочування, розчинення та ш.

Другий екзоефект вщбивае штенсившсть формування новоутворепь у систем1", що тверд1е. Повнота тепловидшення вiднocнo висока. Серед мшершпв цш групи найактивншим е гелсшт Са2А1[А18Ю7]. Висою показники шбидкосп тепловидшення - значения основного максимуму екзотермй 2,1 кал/гтод 1 повнота - 23,4 кал/г поясшоються особливостями кристал1чно1 струтсгури. Один з чотирьох ¡ошв кремшю залпщено на ¡он алюмшш 1 структура деформована.

Найменша пдратацшна актившеть серед мшерал1в щс! груии властива окермашту. Основиий максимум швидкосп тепловидшення -0,25 кал/гтод, повнота - 3,6 кал/г.

Даш термокшетичного анал1зу пщтверджуються результатами ф1зико-мехашчних випробувань. Miцнicть зразюв композици "гелешт-КаОН" висом три доби - 19 МПа, зразюв "oкepмaнiт-NaOH" - 9,5 МПа.

Анатз кшегики тепловидшення при твердшш мелшпу (сум)ш гелешту та окермашту) дозволяс зробити висновок про взаемно уповшьнюючу Д1ю продукта пдратацй гелешту з лугом на пдратацио окермаппу.

Акгившсть гiдpaтaцii мшералу групи плапоклазтв - анортиту вельми низька. Залежшть с!СУ(1т=Г(т) характеризуемся лише одним екзоефектом -3,35 кал/гтод. Незначна повнота тепловидшення за 24 год - 0,4 кал/г. Молена припустити, що переважним процесом, який вщбуваеться в систем^ е змочування. Така мала реакщипа здатшеть анортиту також поясгаоеться особливостями будови.

Бшлп висока акгившсть мшералу групи гнроксешв - дюпеиду пояснюеться його ланцюжковою структурою. Повнота тепловидшення за 24 год складае 3,2 кал/г. Швидисть тепловидшення характеризуеться значениям основного максимуму екзотермй - 0,2 кал/гтод.

Найважлившшм висновком з даннх термоюнеричного анатзу е розташування мшерашв в порядку убування рсакцшиоТ здатнос-п у ряд: гелешт > мелшт > окермашт > дioпcид > анортит.

Аналопчний ряд по трупах:

мелшти > троксени > плагюклази.

Часто шлаковолужш композици м!стять у своему склад1 портландцемент. У зв'язку з цим на приклад! вивчення юнетики тепловидшення при пдратацй мелшпу розглянуто вплив основних клшкерннх м|'нера;п'в - Сз8 1 С3А. Гранично низыа значения показнигав

тепловидшення свщчать про уповшьнення пдратаци мелинту в прнсутносп СзБ; СзА прискорюе та поглиблюе пдратацйо.

За даними рентгенофазового ашишу, це пов'язано з формуванням у склад1 продуктов твердшня у р!зн1 термппг новоутворень з вищим ступеием закристашзованост! Таку шформацпо може бути використано для обгрунтування композищйного складу шлаковолужних матср1ал1в з добавками портландцементу.

РЕАКЦШ11А ЗДАТНЮТЬ ШЛАКШ. При тнердшш шлаковолужних в'яжучих важливо враховувати ноказник основносп. Дослщжено особлипост! твердшня шлак ¡и близького хппчного складу при р!зшй основносп. Модуль основносп кислого шлаку - 0,9, основного - 1,2. На раншх стад)ях пдратаци вища реакцшна спроможшсгь властива основному шлаку. Швидисть тепловидшення при його пдратаци вища иЬк у кислого. Значения максимуму екзотермн склаяае 3,35 кат/г-год, тод! як для кислого шлаку - 0,8 кал/г-год.

1стотно вщлзняеться тpивaлicть шдукщйного перюду: при пдратаци основного - 1,8 год, кислого - 14 год. Таким чином, методом термоюнетичного анатзу шдтверджено вплив основносп шлаку на його гщратацшну актившсть.

ВПЛИВ ВИДУ АШОНА ЛУЖНОГО ЗАЧИННИКА. На кшетику пдратаци шлаков впливае склад лужного компонента. 1стотна роль виду ан1'ошв у склад! зачинника. Найбшып загальними 1 ефективними зачишшками при лужнш активацн шлашв с розчини ИаОН, ЫагЗЮз, ИагСОз. Характер термокшетичпих залежностей dQ/dт=f(т) 1 С!=1'(т) реакцш гщратацн шлаку при зачинешп зазначеними реагентами значною мipoю щентичний. Це поясшосгься под1бшстю пpoдeciв, що вщбуваються. При взаемодп шлаку з розчинами шд вшшвом юшв ОН" руйнуютъся зв'язкн ЗЮ-Бц А1-0-А1,51-0-А1, Са-0 та Мё-0.

Однак щ процеси вщр1зпяються показ пикам и тепловидшення. Так, значения штсгрального тепловидшення за 24 год пдратаци близыа для комггозицш на ва'х лужних зачшпшках. Разом з там, теплота гщратацн для композицп, зачинено! розчином №28Юз, найбшьша - 31 кал/г. Це пов'язано з високою концентращею ¡ошв [8104]4^ у розчиш Ыа^БЮз, при взаемоди котрих з Са2+ з повсрхш шлакових зерен формуються бшьш низькоосновш 1 стабшьш новоутворення.

Гнтенсившстъ впливу лужних зачинниюв на пдратацно шлаку за термокшетичними характеристиками зростае у ряду: Ыа2С0з<Ма011<На28Юз.

КШЬКЮНА ОЦДЖА ВПЛИВУ КОНЦЕНТР АЦ11 ЛУЖНОГО ЗАЧИННИКА. Вмют лугу в штаковолужтй композицн вадграе важливу роль у розвитку ранньо! пдратаци ишаку, що тдтверджуеться значениями термокшетичних характеристик. Встановлено, що величини першого

екзоефеюу 1 штегралъного тепловидшення збшыиуються з ростом концентрат"! лугу в штсрвал! 2-10 %. Абсолютно значения другого екзоефеюу нашстотшше зростае при збшьшегаи концентраци лугу вщ 2 до 6 %. Це пов'язано з особливостями мсхашзму дп лугу у шлакововмкних в'яжучих. Оскшьки при введенш до 2 % луг залишаеться у вшьному стат, забезпечуе лужне середовище та сприяе формувашпо кальщевих пдратних новоутворень, у цьому випадку луг вадграс роль активатора твердшня. при збшыненш вм1сту лугу у скпад1 в'яжучого до 4 пронен'пв 1 бшьше значна частина його (вш 60 до 80 %) зв'язуеться у нерозчинш новоутворення. До них належать тоберморитопод1бш низькоосновш пдросщпкати гругги С-8-Н (В), пдрогранаш змшного складу та лужно-лужноземельш пдроалюмосилшати.

РАНШ СТАДЙ ПДРАТАЦНШЛАКОВОЛУЖНИХ КОМПОЗИЦ1Й НА ОСНОВ1 N82804 ТА ЦЕОШТУ. Кр1м традицншо! лужно! активацн шлаюв у НД1 в'яжучих речовин 1 матер]'ал!в ¡м. В.Д.Глуховського запропоновано новий метод отримашш матер1ашв на осногл сполук, що не дають у водному розчиш лужпоГ реакпн. Наприклад. при спшьному перемелюваши гранульованого шлаку, Ид^О] та модиф1кухочо! добавки - природного цеолйу типу клиноптилолпу лужпе середовище створюеться за рахунок юиообмтних властивостей останнього.

Вщбуваеться мшращя лужних катюшв з клатратного простору цеолпу до дисперсшпого середовища внаслщок чого шдвшцуеться його лужгасть та зростае концептравд'я нго1В лужних метал!в.

Шлак в присутнос-п Ыа2804 твердое з пор1вняно низькою штенсившсгыо. МЫмалын значения повноти тепловидшення 0 - 4,5 кал/г та основного екзоефекту - 0,26 кал/гтод. Додавання цеолггу призводить до зростання тривалосп шдукцшного ггерюду - 49,3 год та бшьш шзнього насташш основного максимуму екзотермн - 86,5 год, абсолютне значения котрого 0,33 кал/гтод. Повнота тепловидшення при гщратацн та композицн максимальна - 23,1 кал/г. Це св1дчить про повшше використання в'яжучих властивостей. У випадку замши цеол1ту портландцементом пдратащя значно прискорюеться при знижеиш повноти тепловидшення. Найбшьш ефективно вщбуваеться твердшня композицн "шлак-цеолп>портлапд-цемент-Ыа2504". Довол1 висога показники швидкосп тепловидшення -основний максимум екзотерми настае через 4,33 год з моменту зачинення. Його абсоютне значення складае 0,62 кал/г год, повнота пдратацн -16,4 кал/г.

Рентгенофазовий аналп евщчить про рентгеноаморфшеть продутспв пдратацн. Серед кристашчшгх фаз видшяються лише невелию кшькосп етгринпту та ппсу.

Мкронорувапсть новоутворень ири твердшш шлаку з №2504 характеризуеться трьома дшянками розподшу мкропор за розм1рами в штервалах 2,0-2,8; 3,0-4,2 та 7-11 им. При твердшт композицй "шлак-цсолк-КагЗОл" спостерйгаеться одна досить широка дшянка розподшу мкропор в штервал1 4,8-10,5 нм. У процеа пдратацй композицй "шлак-портландцеменг-Ка2804" формуеться також одна, але вужча, дшянка розподшу м1кролор - вщ 4,8 до 8,3 нм. Макроструктура новоутворень у процеС1 пдратацй композицй "шлак-цеолгг-портландцемент-ЫагЗО.*" характеризуеться дшянкою розподшу ьпкропор 7-11 нм. Сумарний об'ем м^кропор мпймальшш - 0,232 см3/г. Це свщчпъ про формування щшьно!, однородно! структури та шдгверджуе персваги дано! композицй'.

Композищя "шлак-цеол1т-11ортландцемент-Ка2504" до 28 доби нормального твердшня набувае максимально! серед сумнней, що внвчаютъся, мщносп - 63,7 МПа.

Таким чином, результата комплексу дослщжень переконують у значущосп даних термокшетичного анашзу для вибору 1 обгрунтування композицшного складу шлаковолужних в'яжучих.

РОЛЬ ТЕМПЕРАТУРНОГО ЧИННИКА У ТВЕРДЩШ ШЛАКОВОЛУЖНИХ В'ЯЖУЧИХ ЗА 130ТЕРМ1ЧНИХ УМОВ. Особливосп тепло-видшення при пдратацй шлаковолужних композицш в умовах шдввдених температур досладжено в штерваш 25-150 °С у зв'язку з можлшнстю реалиаци твердшня у пропарювальних камерах, а також автоклавних умовах. Показано, що д!я температурного чишгака т1сно взаемопов'язана з композищйним складом. Алашз впливу температури з його кшыасною оцшкою виконано для вах досладжених композици!. При твердшт шлакових мiнepaлiв у нормальних умовах триватсть шдукцшного нерюду сягае 4 год. При пдратацй гелешту 1 окермашту в штервал! 120-150 °С ця стады не фксусться. Шлак при 25-80 °С твсрдае з шдукшйним нерюдом, трившисть когрого коливаеться вщ 15,5 до 0,58 год. У випадку твepдiння композищй на основ1 Ыа2804 1 цеолггу при температурах 25-90 °С його меж! розташовуюгься М1'ж 49,4-4,87 год.

1з зростанням температури збшьшуеться абсолютне значения основного максимуму екзотермн. В интервал! 25-80 °С скзоефект збшьшуеться при пдратацй гелешту - з 2,1 до 140 кал/г-год, окермагпту - з 0,25 до 8,8 кал/гтод. При гщратаци шлаюв вш зростае з 1,8 при 25 °С до 32,87 кал/гтод при 80 °С. Це - пряме свщчення значно! штенсифкуючо! рол1 температурного чинника.

Природно, що водночас скорочуеться час настання основного максимуму екзотермй.

Однак, збшынення температури не завжди спрняс поглиблешпо гщратаци. Повнота тепловидшення при твердшш композицй "шлак -портландцемент-Ка2804" зменшуеться ¡з зростанням температури.

Твсрдншя композицп "ииак-цеолп-^^О.)'1 супроводжуеться вищою теплотою пдратацп при 25 °С шж при 50, 70 та 90 °С. 1нтегральне тепловидшения при пдратацп гелешту при 150 °С нижче шж при 80 °С.

Отримат даш можуть бути основою комп'ютерпоГ бази даиих у технологи шлаковолужпнх в'яжучих матер1шпв та виробш.

Для ощнки вгшиву температурного чишшка та обгрунтування вибору параметров теплового впливу остановлено ряд убування впливу температури на ганетику тепловидшення при пдратацп шлаковолужпнх в'яжучих материал]'»:

шлак+луг > шлаков1 мшерали+луг > шлаки з N82804 1 цеолшш+вода. НЕ130ТЕРМГЧНЕ ТЕПЛОВИДШЕННЯ ПРИ ТВЕРДШШ ШЛАКОВОЛУЖПНХ В'ЯЖУЧИХ. Реальне твердшня в'яжучих та бетошв вщбу-ваеться за непотер.чпчних умов. На ирикла;и шлаковолужпнх композицй на основ! N32804 1 цсолпу за результатами вотермпного експериме}ггу виконано анашз вгшиву температурного чинника на твердшня за не1зотерм1чних умов. Ошнено вплив вар1ащй параметр!в теплового впливу. Тривашсть попередньо! витримки 2-8 год, гавидгасть нагргвання 10-40 °С, тривалють прогр{р,апня 2-8 год, його температура - 50, 70 1 90 °С. Показано, що збшьшення гривалостс попередньо!' витримки систем, що твердшть, до иршсиадення теплового впливу знижус штенсившсть тепловидшения при пдратацп сумйлей "шлат<-портландцемент-Ыа2504" та "шлак-цеол1т-портландцемент-Ма2504". При твердит композицп "шлак-N32804" ця характеристика практично не змпноеться. При введенш цеолпу йггенсившсть пдратацп 1 тепловидшения зростае.

Зменшення швидкосп названия знижус штенсившсть пдратацп для вс1х композищй, кр1м системи !,шла1С-цеолгг-Ма2504", а повнота тепловидшення зростае ¿з зменшенням швидкосп нагрпзання також для вс1х сумпнен, кр1м вказаног Ц1 даш говорять про необхщшеть в1ддавати перевагу "м'яким" режимам теплово! обробки бето!Йв на основ1 композищй, що вивчаються.

Тривал1сть прогр1вання практично не впливае на штенсившсть тепловидшення.

Зростання температури прозвания збшынуе повноту тепловидшення дослщжуваних композищй, кр1м су\нин " ш л а к-п ортл а н л це м е нт-№2 5 0.1". Для не! до 15 год повнота тепловидшення у вивчепому температурному штервал1 швелюеться.

Складшсть композицшного складу сумшей, що вивчаються, потребуе проведения додатковпх ф1зико-х!м1чннх дослщжень для штерпретацн результа-пв.

Термокшетичш даш можуть бути щформащею при вибор1 режимов твердшня шлаковолужпнх бегошв.

ПРОЯВ ЕФЕКТУ ЛУЖН01 АКТИВ АЦИ. Ощ'нка дн рзних лужних зачшшигав на кшетику пдратацн {тепловидшення нер!внозначна.

Ефскт лужиоУ актнваци визначаеться моментом прояву лужноеп та штенсивгпстю п дп. Термокшетичний ана.*нз дае можлиш'сть кшыасно встановити прояв ефеюу лужно! активацп в залежносп вщ способу надходження лугу до системи, що твсрдк. Харшсгерну особливють низькоосновних в'яжучих систем (за П.В.Кривснком) складае прояв лужноеп середовища вщразу теля зачинення. Дшсно (рис. 1), термо-юнетична залежшеть сК^М т -1(т) характеризуемся основним максимумом екзотерми через 0,5 год теля зачинення (крива 1). При використаиш як лужного компонента N82804 I деолггу лужшеть проявлясться через 5060 год (крива 2). 1мов1рна причина кристься у тривалос-п процесу м1грацп лужних катюшв з клатратного простору цеолпу у дисперсшне середовище.

I

Рис. 1. Кшетика тепловидшення при пдратацн шлаковолужних композищй:

1 - шлак + N3011;

2 - шлак - цеолгг - Иа2504 + вода.

ТЕРМОКШЕТИЧНА Ю1АСИФ1КАЦ1Я ПРОЦЕСШ ТВЕРДП1НЯ ШЛАКОВОЛУЖНИХ В'ЯЖУЧИХ. Результата проведеного нами та шшим1 дослщниками вивчення твердшня шлаковолужних в'яжучих дозволяють запропонуавта термокшетичну класифкацно законом1рностей

раншх стадш пдратаци за ознакамн шиидкосп ! новноти тепловидшешш (рис. 2).

Звичайно для термокшетичних законолп'рностей характерний, як показано вище, прояв двох чи одного екзоефекпв, яю е наследном переважного внеску елементарних акта п'дратацн - змочування, адсорбцп, розчинення, х1М1чних реакшй та формувапня новоутворень. Однак нами ведзначсно прнсутшсть епдоефскту у випадках, коли еперп'я розривання зв'язмв 1 розчинення шлаку превалгое над еперпсю решги процеа'п. Прикладами систем, то характеризуються такими закономфостями, можуть служити сумнш типу "ваграночний шлак-ЫаОП", "шлак-(шлак-глина)-складний лужний зачинник".

Тип Термоюнетнчш закоиомфност! Шлаковолужш в'яжуч1 композицц

асу^т) СИМ

I "шлаков1 мшерали -лужний зачинник", "шлак - лужний зачинник", "шлаковолужш в'яжуч! на ос нош №280.1 и цеол'гга -пода"

0 0

и "малоактивы шлаков! мшерали -лужний зачинник", "шлак - сол1 слабких кислот", "шлак - вода"

(1 0

1П 0 Л. "ваграночний шлак - лужний зачинник", "шлак (шлак - глина) -складинй лужний зачинник"

и ъг

Рис.2. Термоюнетична кпасифжашя процеив твердишя шлаковолужних

в'яжучих

До I типу взнесено процеси твердшня шлаковолужних в'яжучих з

високою реакцшною здаттстю. Кинетика пдратацп характеризусться наявшетю двох максимуьав швидкосп тепловидшеиня, роздшених шдукцшним пер! о дом. При цьому повнога тепловидшеиня коливасться в межах 1-30 кал/г.

Тип II представлено процесами твердшня шлаковолужних в'яжучих, швидюсть пдратацн 1 тепловидшеиня котрих незначш.

Особливо ]стотно, що залежшеть с1С?/с1 т =Я[т) характеризусться наявшетю лише одного екзоефекту. Повнота тепловидшеиня низька - О < 1 кал/г.

Законом1рност1 П1 типу видшено вперше. Гiдpaтaцiя шлаковолужних в'яжучих супроводжусться початковим ендотершчшш ефекгом з перева-жанням внеску енерги, яка витрачасться на початкове розчинення шлаку. Таким чином, знания термоганетичних законом1рностей наближуе до розумшня механизму пдратацп у системах типу "шлак-лужний зачинник". Отримаш термокшетичш даш на кшыасному р{вш доповнюють коло теоретичних та практичних завдань xi.Mii 1 технологи шлаковолужних буд1велышх матер1ал1в.

ЗАГАЛЬШ ВИСНОВКИ

Обгрунтовано доцшьшеть технолопчного прикладенпя термокшетичного анал1зу законом1рностей початкових стадш тверд1ння шлаковолужних будшельннх матер!ал1В у зв'язку 13 складпим мехашзмом взаемодп у гетерогенних системах типу "шлак-лужний зачинник".

Вивчено вплив основних технолопчних чинниюв - осно вноси та мшералопчного складу шлаку, виду 1 концентраци лужного зачинника, температури твердшня на показники тепловидшеиня при гщратацн:

- визначено ряд убування реакцшно! здатносп шлакових мшсрал!в внаслщок прояву кристалох1м1чних особливостей будови у присутносп лугу: гелешт > мелшт > окермангг > дюпеид > анортит;

- показано вщмпм особливосп впливу юпнкерних мшерад^в на пдратацпо шлакових мшералш: СзБ уповшьнюе процес твердшня, СзА прискорюе його за рахунок формування у ранш терм ш и новоутворень з високим ступенем закрисгпшзованост1;

- пщгверджено залежшеть реакщйно5 здатносп шлаку вщ його основносп -показники швидкосп тепловидшенпя при пдратацп основного шлаку вшом до 1 доби винц шж кислого;

- визначено ряд убування термоюнетично! активносп лужних зачинникш ¡з епшьним каноном Иа + в залежносп вщ виду ашона - БЮз2" > ОН" >СОз2". Висока актившеть ШгБЮз пов'язана з наявшетю активного кремнезему та штенсифкащею низькоосновних пдроенлштв калыцю;

- доведено кшыа'сний взаемозв'язок мгле концентращею лугу 1 показниками швидкосп та повноти тепловидшеиня;

- встановлено ряд убування впливу температурн на ki пешку пдратацн шлаковолужннх матер1ал!в: шлаки+луг > шлаков! мшерали+луг > шлаки-Na2S04-Heojrirt вода.

Кшьюсно оцшено нроян ефекту - момент i штенсившсть лужног активацн шлагав в залежпост1 вщ способу надходження лугу до системи, що реагуе, - при введенш лугу його дгч проявлясться з моменту зачинення, а в раз1 стпоренпя лужного середовища за рахунок катонного обмшу момент прояву лужносп визначаеться його тривалктю i складас 50-60 год.

Оцшено роль температурного чинника в пдратацн шлаковолужннх в'яжучнх за не!Зотерм1чних умов, встановлено штервали впливу napaMeTpie теплово! ди - тривалосп понередньо! витримки, швидкосп нагр1вання, тривалосп i температурн проживания для обгрунтування ращональних режтн'в твердшня бетону.

Встановлено епшьш та вщмпта термоюнетичш законом1рносп рашпх стадш пдратаци шлаковолужннх речовин гид Д1сю чинниюв, що визначають можливосп отримання ефективних буд1вельних матеркипв та

BHp06iB.

Запропоновано термокшетичну класифшацио лроцесш твердшня шлаковолужннх в'яжучнх матер1ал1в за ознаками швидкосп' i повноти тепловидшення за трьома типами, що вщбивають реакщйну здаттсть та штенсившсть взаемодп компонента.

Показано можлшйсть прогнозування реакщшгоГ здатностг

шлаковолужннх будшельних матер ¡ал ¡и при варшвашн композицганого складу, виду i кшькосп зачинника та умов твердшня за термокшетичними показниками - inTeHciiBiiicTio та повнотою тепловидшення з метою регулювання процест тверд ¡идя, а також шдвищешш ефективносп використання техногенпих i природних компонентов шлаковолужннх буддвелышх матер!ал1В.

OcHOBHi результати дослщжень за темою дюертацн опублжовано у таких працях:

1. Ушеров-Маршак А.В., Кривенко П.В., Доманская Н.Г. Ранние стадии гидратации шлакощелочных вяжущих // Неорганические материалы. -

1994. - Т. 30. - N 10. - С. 1341 - 1342.

2. Uszerow-Marszak A., Domanska N., Kriwenko P. Kinetyka procesu liidratacji spoiw zuzlowych aktywowanych alkaliami // Cement, Wapno, Gips. -

1995.-N 4.-S. 125 - 128.

3. Uslierov-Marshak A. V., Domanskaya N.G. Calorimetric study of slag alkaline binders hydration early stages: Proc. of 6rd Conf. on Calor. and Therm. An. of Polish Society of Calorimetiy and Thermal analysis - W.Swietoslawski, Zakopane, Poland. - 1994. - Vol. 3. - N 1. - P. 113.

4. Usherov-Marshak A.V., Domanskaya N.G. Thermokinetik peculiarities of the early stages of hydration of slag alkaline binders: Proc. of the First Intern. Conf. on Alkalyne Cements and Concrete. - Kiev, 1994. - Vol. 1. - P. 505 - 514.

5. Доманская Н.Г. Термокинетика гидратации шлакощелочных вяжущих нового поколения: Тез. докл. 49 науч.-техн. конф. "Повышение эффективности строительства". - Харьков, 1994. - С. 31-32.

6. Сопов В.П., Ушеров-Маршак A.B., Доманская Н.Г. Калориметрическое устройство для смешивания жидких и порошкообразных реагентов. Положительное решение патентной экспертизы по заявке N В 3402305/3 (1941).

АННОТАЦИЯ

Доманская Н.Г. "Влияние технологических факторов на ранние стадии твердения шлакощелочных строительных материалов".

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05, Харьковский Государственный технический уиверситет строительства и архитектуры, Харьков, 1996.

Работа посвящена повышению эффективности использования техногенных и природных шлакощелочных строительных материалов на основе термокинетического анализа ранних стадий твердения. Изучено влияние основных технологических факторов - основности шлака и его минералогического состава, вида и концентрации щелочного затворителя, температуры твердения на показатели тепловыделения. Установлены термокинетические закономерности ранней гидратации шлакощелочных вяжущих веществ под действием факторов, определяющих возможности получения эффективных строительных материалов. Изучено влияние пераметров теплового воздействия на тепловыделение этих композиций в неизотермических условиях. Количественно оценено проявление эффекта щелочной активации шлаков.

Предложена термокинетическая классификация процессов твердения шлакощелочных вяжущих по признакам скорости и полноты тепловыделения.

Результаты диссертационной работы опубликованы в 5 научных работах и защищены 1 изобретением.

Ключевые слова: термокинетический анализ, шлак, щелочь, гидратация, тепловыделение.

ANNOTATION

Domanskaya N.G. "Influence of technological factors on early stages of slag alkaline building material hardening".

Dissertation to obtain scientific degree of candidate of technical science, speciality 05.23.05, Kharkov State Technical University of Construction and Architecture, Kharkov, 1996

The work is devoted to increase of efficacy of application of technogenic and natural slag alkaline building materials based on thermokinetic analysis of hardening early stages.

Influence of main technological factors (slag basicity and its mineral composition, the kind and concentration of alkaline addition, the temperature of hardening) on the parameters of heat release has been studied. Thermokinetic regularities of early hydration of slag alkaline binding agents under the influence of the factors determining the possibilities to obtain effective building materials were determined. Influence of the parameters of thermal action of heat release of these compositions under nonisothermic conditions was studied. The effect of alkaline slag activation was evaluated quantitatively. Thermokinetic classification of hardening processes in slag alkaline binders according to the rate and completeness of heat release was suggested.

The results of the thesis were published in 5 scientific works and defended by 1 invention.

Keywords: thermokinetic analysis, slag, alkali, hydration, heat evolution.