406-417 - Казанский государственный архитектурно

ДЕСЯТЫЕ АКАДЕМИЧЕСКИЕ ЧТЕНИЯ РААСН, 2006 г.
УДК 691.33
Хабибуллина Н.Р., канд. техн. наук, доцент, Рахимов Р.З.,
Рахимов М.М., инженер, Соколов А.А., инженер
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
Морозов В.П., к.г.-м.н., доцент
Казанский государственный университет
д-р
техн.
наук,
профессор,
ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ ИСКУССТВЕННЫХ ШЛАКОЩЕЛОЧНЫХ
КАМНЕЙ НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ ШЛАКОЩЕЛОЧНЫХ ВЯЖУЩИХ
Строительной наукой и практикой в 20 столетии накоплен огромный положительный опыт
использования отходов и побочных продуктов промышленности в производстве строительных материалов.
Однако, значительная часть разработок не получила должного применения. Дальнейшее развитие наиболее
перспективных направлений – один из путей ресурсо- и энергоминимизации, решения экологических
вопросов в строительной отрасли. В цементной промышленности к таким направлениям в полной мере
относится разработка и исследование шлакощелочных вяжущих и бетонов. Новые их разновидности в
последние годы получены в Пензенском ГУАС, Братском индустриальном институте, Тюменской ГАСА и
других. Научно-исследовательские работы по получению и исследованию композиционных
шлакощелочных вяжущих с местными минеральными добавками (КШЩВ) и бетонов на их основе в
последние годы ведутся на кафедре строительных материалов Казанского ГАСУ [1].
КШЩВ отличаются от обычных ШЩВ содержанием в них минеральных добавок, вводимых для
замены части шлака и(или) совершенствования структуры и свойств. В качестве минеральных
модификаторов может использоваться целый ряд материалов как природного, так и техногенного
происхождения. Ценным сырьем являются активные минеральные добавки (АМД) алюмосиликатного
состава. АМД, содержащие алюмосиликаты или щелочные алюмосиликаты, изменяя фазовый состав
продуктов гидратации (ускоряя выделение вторичных фаз шлакощелочного камня – щелочных и щелочноземельных гидроалюмосиликатов), оказывают положительное влияние не только на уровень и скорость
набора прочности, но и на другие важные эксплуатационные характеристики ШЩВ.
По данным [2,3], глинистые минералы при введении в КШЩВ в составе природных и
дегидратированных глин за счет взаимодействия с едкими щелочами и низкомодульными щелочными
силикатами с образованием водостойких гидратов, обладающих вяжущими свойствами, не только
повышают активность вяжущего, но и снижают количество свободной щелочи (источник высолов).
Оптимальное содержание глин в КШЩВ составляет 15-20%. Причем дегидратированные глины более
активны, чем природные, вследствие повышенного содержания аморфного кремнезема, который в
сочетании с гидроксидом алюминия взаимодействует со щелочью, образуя водостойкие вещества. Несмотря
на очевидную эффективность при получении КШЩВ добавок молотого боя керамического кирпича (БКК), с
этой целью он ранее не изучался. В качестве добавок к ШЩВ нами исследованы молотые БКК 2 местных
кирпичных заводов и полученные от сноса 2 ветхих зданий. Химический состав (масс., %): SiO2 – 72,8377,52; CaO – 1,67-2,89; Al2O3 – 9,27-12,94; Fe2O3 – 3,9-5,73; MgO – 1,17-1,70; K2O+N2O – 1,93-3,12; MnO –
0,06-0,09; SO3 – 0,07-0,12. Минеральный состав добавок БКК представлен кварцем – 42-74%, полевыми
шпатами – 10-19%, гематитом – 2-6%, кристобалитом – 1-6%. Проведенные исследования по разработке
КШЩВ с БКК показали, что содержание последних в КШЩВ может достигать 80%, а максимальное
повышение прочностных характеристик КШЩВ по сравнению с аналогичными показателями контрольной
системы происходит при содержании БКК – 30%.
В число эффективных минеральных модификаторов ШЩВ входят цеолитовые добавки. Это
обусловлено их уникальными – адсорбционными и ионообменными свойствами, химическим и
минеральным сродством с продуктами твердения ШЩВ. Цеолиты оказывают комплексное действие на
свойства КШЩВ: повышают и стабилизируют прочностные и деформативные характеристики, улучшают
термомеханические характеристики, снижают высолообразование искусственного камня, позволяют
использовать для затворения растворы пониженной плотности и т.д. [4, 5]. Однако в ранее проведенных
исследованиях использовались цеолитовые и цеолитсодержащие породы (ЦСП) с высоким содержанием
породообразующего минерала. На примере ЦСП Татарско-Шатршанского месторождения РТ нами
установлено, что для получения КШЩВ могут использоваться и ЦСП с низким содержанием
породообразующего минерала. Химический состав ЦСП Татарско-Шатрашанского месторождения (масс.,
%): SiO2 –59,5; CaO – 15,3; Al2O3 – 4,7; FeO – 0,04; MgO – 0,8; K2O+N2O – 1,06. Минеральный состав ЦСП:
клиноптилолит – 16+3; кальцит – 22+4; ОКТ-фаза – 44+6; глинистые минералы – 12+2; кварц – 6+1.
Оптимальное содержание ЦСП в составе КШЩВ составило 5-10%.
Исследования влияния добавок на прочностные характеристики КШЩВ показали, что, например, при
введении в ШЩВ на основе доменного шлака Орско-Халиловского металлургического комбината (Мо=1,0)
и водного раствора соды добавок ЦСП и БКК (в оптимальном количестве 5-10 и 30% соответственно) марка
КШЩВ повышается с М400 до М600.
406
ДЕСЯТЫЕ АКАДЕМИЧЕСКИЕ ЧТЕНИЯ РААСН, 2006 г.
Для объяснения механизма действия рассматриваемых добавок в составе КШЩВ проведены
исследования минерального и фазового состава, микроструктуры искусственных шлакощелочных камней,
изготовленных из теста нормальной густоты с использованием указанных сырьевых материалов.
Результаты рентгенофазового анализа показали, что значительная часть продуктов твердения
исследованных образцов представлена рентгеноаморфной фазой, а новообразованиями искусственного
камня является кальцит и тоберморит. Полученные результаты согласуются с данными Руновой Р.Ф. и
Максунова С.Е. [6], в соответствии с которыми при затворении ШЩВ карбонатом натрия начальный
этап времени взаимодействия на уровне катионнообменных процессов сопровождается образованием
кристаллического кальцита, а затем уже образующийся едкий натр растворяет стеклофазу шлака и процесс
завершается возникновением щелочного гидроалюмосиликатного геля и субмикрокристаллических
гидросиликатов кальция. Модифицированные составы отличаются более высоким содержанием кальцита
по сравнению с бездобавочным. Очевидно, что объем образующегося кристаллического кальцита зависит от
освобождающегося при диспергации шлака кальция. Следовательно, в присутствии добавок БКК и ЦСП
процесс деструкции шлака до величины определенных единиц нестабильной структуры, в том числе Са 2+,
ускоряется и(или) протекает более полно.
Как показано Кривенко П. В. [7] при разработке ШЩВ с заданными свойствами, морфологически
однородные с продуктами твердения шлакощелочного камня гидратные соединения или безводные
минералы (в нашем случае цеолиты и полевые шпаты, соответственно) служат крентами для
кристаллизации вторичных фаз. Наряду с этим, вероятно, интенсифицирует их выделение и вновь
образованный кристаллический кальцит, который может служить гетероэпитаксиальной подложкой для
образования как первичных (низкоосновных гидросиликатов), так и вторичных фаз. Возможно, этим
обусловлена повышенная прочность модифицированной системы, поскольку, когда система состоит из
полиминеральных структурообразующих элементов, прочность ее тем выше, чем больше в ней родственных
кристаллов высокопрочной структуры [9].
Вторичные фазы образуются преимущественно в поровом пространстве и, заполняя его, способствуют
возникновению прочных кристаллизационных контактов с первичными фазами, обуславливая
формирование более однородной и плотной структуры цементного камня [7]. Результаты
электронномикроскопических исследований, приведенные на рис. 1, показывают, что подобные процессы
протекают и в рассматриваемых нами системах.
а)
б)
в)
Рис.1. Результаты электронномикроскопических исследований шлакощелочных камней на основе: а) ШЩВ;
б) КШЩВ с 30% БКК; в) КШЩВ с 5-10% ЦСП
Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы. Трещины усыхания в
гидратированной аморфной фазе при удалении водного раствора соды для модифицированного
шлакощелочного камня нехарактерны, поскольку с введением добавок реакция взаимодействия шлака с
водным раствором соды протекает более полно. Вместе с тем,
при
гетерогенном
зарождении
новообразований - в присутствии крентов, в данном случае – добавок БКК и ЦСП, понижается энергия
кристаллизации и размер зерен новообразованной фазы уменьшается [8]. Тонкозернистая структура
модифицированного искусственного камня, обеспечивающая гашение внутренних напряжений при
структурообразовании и более высокую устойчивость к воздействию внешних напряжений при
эксплуатации, вероятно, в числе других факторов, предопределяет более высокую прочность КШЩВ по
сравнению с бездобавочным.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рахимов Р.З., Хабибуллина Н.Р., Рахимов М.М., Соколов А.А., Гатауллин Р.Ф. Бетоны на основе
композиционных шлакощелочных вяжущих//Строительные материалы. – 2005. - №8. – с.16-17.
2. Щелочные и щелочно-щелочноземельные гидравлические вяжущие и бетоны/ Под общ. Ред. Проф.
В.Д.Глуховского. – Киев: Вища школа, Головное изд-во, 1979. – 232 с.
3. Ростовская Г.С. Исследование грунтосиликатных бетонов на основе вяжущих, содержащих
глинистые компоненты: Автореф. дис…к.т.н.-К, 1968.-20с.
407
ДЕСЯТЫЕ АКАДЕМИЧЕСКИЕ ЧТЕНИЯ РААСН, 2006 г.
4. Кривенко П.В., Пушкарева Е..К., Щербина Л.В. Повышение стабильности физико-механических
характеристик шлакощелочных вяжущих в условиях попеременного увлажнения и высушивания// Цемент. –
1991. - №11-12. – с. 9-15.
5. Сидоренко Ю.А. Повышение стойкости шлакощелочных вяжущих
и
бетонов против
высолобразования// Автореф. дисс. к.т.н.-Киев, 1991.- 23с.
6. Рунова Р.Ф., Максунов С.Е. Перспективные направления использования контактноконденсационных вяжущих//Цемент. – 1990. - №6. – с.8-10.
7. Кривенко П.В. Синтез вяжущих с заданными свойствами в системе Ме2О-МеО- Ме2О3-SiО2Н2О, Автореф. дисс. … д.т.н. 1986. – 40 с.
8. Козлова О.Г. Рост и морфология кристаллов. – М: Изд-во МГУ. – 1980. - 368 с.
9. Тимашев В.В., Пантелеев А.С. Твердение вяжущих веществ в присутствии кристаллических
добавок различной структуры//Строительные материалы. – 1961. - №12. – С.32-34.
408
ДЕСЯТЫЕ АКАДЕМИЧЕСКИЕ ЧТЕНИЯ РААСН, 2006 г.
УДК 691:943
Халиуллин М.И., канд. техн. наук, доцент; Сабанина Ю.В., аспирант,
Рахимов Р.З. д-р техн. наук, профессор, чл.-корр. РААСН
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПОЛИМЕРОВ
НА СВОЙСТВА ШТУКАТУРНЫХ СУХИХ ГИПСОВЫХ СМЕСЕЙ
Существующий отечественный и зарубежный опыт показывает, что применение в строительстве сухих
строительных смесей на основе гипсовых вяжущих для изготовления штукатурных, шпаклевочных,
напольных выравнивающих и других видов строительных растворов гарантирует высокое качество
продукции, снижение трудозатрат и материалоемкости, повышение производительности труда [1].
Растущий спрос на сухие строительные смеси при высокой стоимости импортных продуктов обуславливают
необходимость развития их отечественного производства при максимально возможном использовании
местного минерального сырья, техногенных отходов и отечественных химических добавок.
В работах [2, 3] показана эффективность применения некоторых порошковых водорастворимых
полимеров выпускаемых отечественной химической промышленностью, в том числе полиэтиленоксида
(ПОЭ), поливинилового спирта (ПВС) в качестве добавок, увеличивающих прочность сцепления с
основанием строительных растворов на основе портландцемента.
В нашей работе исследовано влияние на свойства штукатурных сухих гипсовых смесей добавок ПОЭ
(ПЭГ - 35 (П/оксид - 1500) рец.1, ПЭГ -9 ( П/оксид– 400) производства ОАО «Казаньоргсинтез», ПВС
(ГОСТ 10779-78). Полимеры вводились в составе комплексной модифицирующей добавки, полученной
помолом до оптимальной удельной поверхности минерального наполнителя совместно с замедлителем
схватывания и рассмотренными полимерными добавками. В качестве сравнения рассмотрено влияние на
свойства штукатурных сухих гипсовых смесей редиспергируемого полимерного порошка Mowilith pulwer
DM 1141 на основе системы мономеров винилацетат/этилена производства «Clariant GmbH» (Германия),
рекомендуемого для сухих гипсовых смесей в качестве модифицирующей добавки, обеспечивающий
высокую адгезию к различным поверхностям [4]. Штукатурные сухие гипсовые смеси изготовляли на
основе строительного гипса производства ООО «Аракчинский гипс» Г6АIII с введением при смешении
комплексной модифицирующей добавки.
Результаты влияния рассмотренных полимерных добавок на физико- механические свойства гипсовых
растворных смесей и растворов представлены на рис 1,2,3.
130
4
Изменение предела прочности при
сжатии, %
8
120
120
110
5
1
110
7
100
100
3
90
90
80
2
6
80
0
0,5
1
1,5
Изменение предела прочности при
изгибе, %
130
2
Количеств о добав ки, %
Рис. 1 Влияние добавок водорастворимых полимеров на изменение предела прочности при сжатии () и
предела прочности при изгибе (----) гипсовых растворов:
1, 5 - ПЭГ -35 (▲, ∆); 2, 6 - ПЭГ -9 (♦, ◊ ); 3, 7 – ПВС (■, □); 4, 8 – Mowilith pulwer DM 1141P (х)
409
Водоудерживающая способность, %
ДЕСЯТЫЕ АКАДЕМИЧЕСКИЕ ЧТЕНИЯ РААСН, 2006 г.
100
99
98
1
2
97
3
96
4
95
0
0,5
1
1,5
2
Количеств о добав ки, %
Рис. 2 Влияние добавок водорастворимых полимеров на водоудерживающую способность гипсовых
растворов:
1 - ПЭГ -35 (∆); 2 - ПЭГ -9 (◊); 3 – ПВС (□); 4 – Mowilith pulwer DM 1141P (х)
0,6
Предел прочности на отрыв, МПа
1
0,5
4
0,4
2
0,3
3
0,2
0,1
0,0
0
0,5
1
1,5
2
Количеств о добав ки, %
Рис. 3 Влияние добавок водорастворимых полимеров на прочность сцепления на отрыв гипсовых растворов
с кирпичным основанием:
1 - ПЭГ -35 (∆); 2 - ПЭГ -9 (◊); 3 – ПВС (□); 4 – Mowilith pulwer DM 1141P (х)
Анализ полученных данных показывает, что наиболее эффективной из рассмотренных отечественных
водорастворимых полимерных добавок является ПЭО (ПЭГ-35 (П/оксид - 1500) рец.1). При введении до 2%
добавки водопотребность гипсовой растворной смеси незначительно снижается на 3-4%, сроки схватывания
практически не изменяются. При введении до 1% добавки наблюдается максимальное увеличение предела
прочности при сжатии на 13% и предела прочности при изгибе на 20% по сравнению с контрольным
составом без введения добавки. Прочность сцепления гипсового раствора на отрыв с кирпичным
основанием при введении до 2% добавки ПЭО увеличивается в 3 раза по сравнению с контрольным
составом, не уступая показателям раствора с введением аналогичного количества редиспергируемого
полимерного порошка Mowilith pulwer DM 1141. Водоудерживающая способность растворной смеси
увеличивается с 96,21% до 98,17%.
При введении до 2% добавки ПВС водопотребность гипсовой растворной смеси увеличивается на 8%.
Максимальное увеличение предела прочности при сжатии на 10%, предела прочности при изгибе на 11% по
сравнению с контрольным составом без введения добавки наблюдается при введении до 1% добавки ПВС.
410
ДЕСЯТЫЕ АКАДЕМИЧЕСКИЕ ЧТЕНИЯ РААСН, 2006 г.
Прочность сцепления раствора на отрыв с кирпичным основанием при введении до 2% добавки ПВС
увеличивается в 1,8 раза по сравнению с контрольным составом. Водоудерживающая способность
растворной смеси несколько увеличивается с 96,21% до 96,77%.
На основании результатов проведенных исследований разработаны составы штукатурных сухих
гипсовых смесей с введением комплексной модифицирующей добавки, полученной помолом минерального
наполнителя совместно с замедлителем схватывания, водорастворимой полимерной добавкой,
водоудерживающей добавкой отечественного производства. Разработанные штукатурные сухие гипсовые
смеси по своим физико-механическим свойствам соответствуют нормативным техническим требованиям и
показателям производимых аналогов, конкурентоспособны в ценовом отношении благодаря использованию
местного минерального сырья и химических добавок отечественного производства.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Баженов Ю.М., Коровяков В.Ф., Денисов Г.А. Технология сухих строительных смесей. - М:
Издательство АСВ, 2003. – 96 с.
2.
Демьянова В.С., Калашников В.И., Дубошина Н.М. К вопросу оценки прочности сцепления
строительных растворов, модифицированных водорастворимыми добавками полимеров // Известия вузов.
Строительство. – 2001. – № 1. – С. 33-35.
3.
Калашников В.И., Демьянова В.С., Дубошина Н.М., Бобрышев А.А. Полиминеральные сухие
строительные смеси // Известия Вузов. Строительство. – 2001. – № 5. – С. 41-46.
4.
Голубев И.В., Василик П.Г. Модифицирующие добавки для ССС на основе гипсовых вяжущих//
Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий. Материалы II
Всероссийского семинара c международным участием. М: Изд-во «ЛМ-Принт», 2004. - С. 119-123.
411
ДЕСЯТЫЕ АКАДЕМИЧЕСКИЕ ЧТЕНИЯ РААСН, 2006 г.
УДК 666.683.3: 678.023.24
Хардаев П.К., д-р техн. наук, профессор, Урханова Л.А., канд.техн.наук, доцент
Восточно-Сибирский государственный технологический университет
Костромин Н.Н., преподаватель
Нерюнгринский технический институт, филиал Якутского университета
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ШЛАКОБЕТОНОВ НА ОСНОВЕ
АКТИВИРОВАННЫХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ
Строительство в районах с суровыми климатическими условиями, к которым относятся Восточная
Сибирь и Дальний Восток, требует развития производства эффективных материалов на основе местного
минерального сырья и отходов промышленности. В этом плане перспективными являются технологии,
построенные на использовании эффузивных пород, в частности вулканических шлаков. Уникальность
вулканических шлаков заключается в том, что в отличие от всех других типов эффузивных пород они,
благодаря своему активному химическому и фазовому составу, а также физической структуре, применимы
для использования в двух видах: в виде компонента вяжущих и пористого заполнителя. При этом не
требуется специальной энергоемкой стадии подготовки, так как использование вулканических шлаков
осуществляется в естественном состоянии. Проведение разработок в этом направлении и их реализация
позволяют создавать эффективные теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные материалы и
изделия, обладающие хорошими механическими и теплофизическими свойствами. Известно, что
вулканические шлаки активно вступают во взаимодействие в условиях тепловлажностной обработки (ТВО)
с щелочными и щелочноземельными компонентами, образуя при этом цеолитоподобные и устойчивые
гидроалюмосиликатные соединения. В этом направлении наиболее активна система «вулканический шлак –
жидкое стекло». Однако, анализ практического использования свидетельствуют о технологических
неудобствах использования жидкого стекла вследствие схватывания бетонной смеси на рабочих частях
транспортного, смесительного и формовочного оборудования. Для устранения вышеперечисленных
недостатков перспективно переход на твердые силикаты натрия (силикат-глыба) как носителя щелочного
активизатора и отвердевающего связующего – кремнегеля. Кроме того, применение промышленной
силикат-глыбы
позволяет снизить себестоимость продукции по сравнению с дорогостоящими
жидкомодульными стеклами.
В развитии известных разработок в области получения бесклинкерных вяжущих на основе
вулканических шлаков, нами была сформулирована гипотеза о возможности создания эффективных
шлакосиликатных вяжущих (ШСВ), полученных путем совместного помола вулканических шлаков,
силикат-глыбы в условиях гидромеханохимической активации.
В качестве исходных материалов для получения ШСВ и бетонов на их основе были использованы
вулканические шлаки месторождения Хурай-Цакир (Республика Бурятия), натриевая силикат-глыба с
кремнеземистым модулем 3,3.
В качестве способов механического воздействия на ШСВ, обуславливающие их механическую
активацию, были выбраны:
- ударно-истирающий с различной интенсивностью воздействия (шаровая и планетарная мельницы);
- истирающий (стержневая вибромельница).
Активировали по сухому режиму и в жидкой фазе – гидромеханоактивация (ГМА). Основным
варьируемым параметром при помоле вяжущих в различных измельчителях была продолжительность
измельчения. На начальном этапе исследований был определен процесс растворения силикат-глыбы,
подвергнутой сухой активации и ГМА в различных измельчителях до удельной поверхности порошка 500
м2/кг. Полученный порошок подвергли пропариванию по режиму: t= 980С при времени 2+τ+2 часа, где τ –
время изотермической выдержки, равное 6,8,10,12 часам. Для ускорения процесса растворения силикатглыбы в исследуемую систему вводили щелочь NaOH в количестве от 0,5 до 3% (в пересчете на Na2O) от
массы силикат-глыбы.
Как видно из приведенных данных, процесс растворения силикат-глыбы протекает однотипно во
всех системах с разницей по скорости растворения (табл.1). Все
системы растворяют силикат-глыбу по
характерной зависимости: с увеличением степени дисперсности скорость растворения возрастает. В
процессе активации происходит также разуплотнение силикат-глыбы - при удельной поверхности 500
м2/кг плотность снижается от начальной 2,46 г/см3 до 2,39 г/см3 , что скорее всего связано с образованием
дефектов структуры. Анализ результатов спектров поглощения активированных смесей показал, что тонкое
измельчение приводит к уменьшению степени полимеризации тетраэдров [SiO4 ] в сетке стекла, о чем
свидетельствует сдвиг полосы 1071 см-1 в сторону меньших частот, а также общее снижение интенсивности
этой полосы с увеличением степени дисперсности порошков и появление полосы около 974 см -1 , которая
принадлежит колебанию связи Si – O.
412
ДЕСЯТЫЕ АКАДЕМИЧЕСКИЕ ЧТЕНИЯ РААСН, 2006 г.
Таким образом, в ходе механической обработки происходит существенное изменение структуры
силиката, что приводит к повышению его активности и ускорению последующего его растворения при
атмосферном давлении.
Таблица 1
Влияние способа механоактивации на растворимость силикат-глыбы
(пропаривание по режиму: t= 980С при времени 2+10+2 часа)
Растворимость, % при удельной поверхности Sуд., м2/кг
Способ механоактивации
Тип активатора
300
400
450
500
Планетарная мельница
80
85
92
95
Вибромельница
85
89
95
98
Планетарная мельница
90
95
98
100
Вибромельница
98
100
100
100
Сухая механоактивация
Гидромеханоактивация
Активность силиката зависит не только от степени его дисперсности, но и в значительной степени от
способа механоактивации: более эффективна ГМА. Повышение количества щелочной добавки не приводит к
изменению показателей растворимости: при введении 0,5% по массе щелочи эффективное растворение
происходит при удельной поверхности силикат-глыбы 300 – 350 м2/ кг.
Лучшие показатели растворимости наблюдаются при измельчении силикат-глыбы
в планетарной
мельнице и в вибромельнице. Установлено, что эффект механоактивации имеет место только при высокой
энергонапряженности измельчителя, когда происходит не только диспергирование, но и пластическая
деформация силикат-глыбы. Кроме того, в вибромельнице и планетарной мельнице создаются высокие
механические нагрузки на обрабатываемый материал, недостижимые для обычной шаровой мельницы, что
подтверждает раннее проведенные исследования [1]. Возможно в этих аппаратах материалу передается
максимально возможное количество подводимой энергии, а величина ускорения частиц достигает нескольких
десятков g [ 2 ].
Основываясь на вышеприведенных данных, проведены эксперименты по растворимости силикатглыбы в смесях. Это произведено с целью моделирования реальных технологических условий. Для чего
вулканический шлак и силикат-глыба в соотношении 1:1 размалывали совместно в планетарной
мельнице и вибромельнице до удельной поверхности порошка 400 – 450 м 2 /кг.
Физико-химические исследования показывают, что фазовый состав затвердевшего искусственного
камня предоставлен различными новообразованиями в зависимости от способа механической активации и
содержания щелочного агента. Так, из рентгенограмм видно, что с увеличением продолжительности ТВО
более окристаллизованы цеолитоподобные фазы R2OхА12Озх2SiO 2 х2H2O типа гидрат-нефелина I (NAS2H2)
(d=2,95; 2,84; 2,54; 2,45 А), натролита (NAS2Hn) (d=2,95; 2,84; 2,54; 2,45 А). Остальная масса
новообразований представлена кремнегелем, о чем свидетельствуют оптические наблюдения.
На основе активированных ШСВ оптимального состава была разработана методика целенаправленного
создания шлакобетонов из ШСВ и заполнителей из вулканического шлака, в том числе некондиционных
заполнителей. При оптимизации составов шлакосиликатных бетонов (ШСБ) варьировались следующие
технологические факторы: расход вяжущего, воды, вид и фракция заполнителя.
Известно, что для производства легких бетонов к пористым заполнителям к числу основных
предъявляются требования по содержанию глинистых и илистых примесей, количе ство которых не
должно превышать 3%. Однако, можно предположить, что глинистые примеси, входящие в состав
вулканического шлака как заполнителя, будут взаимодействовать с растворимой силикат -глыбой в
процессе ТВО с образованием щелочных гидроалюмосиликатов. Образование последних позволит
не только увеличить плотность контакта между заполнителем и вяжущим, но и улучшить
строительно-технические свойства шлакобетонов.
Результаты исследований получения неавтоклавного ШСБ подтверждают нашу гипотезу о
том, что гидроалюмосиликаты глинистых примесей некондиционного заполнителя в сочетании с
щелочными компонентами вяжущего образуют дополнительно гидратные новообразования в виде
гидроалюмосиликатов натрия типа натролита, что подтверждают данные РФА.
413
ДЕСЯТЫЕ АКАДЕМИЧЕСКИЕ ЧТЕНИЯ РААСН, 2006 г.
Анализ основных физико-технических свойств разработанных шлакосиликатных бетонов
показывает на их стойкость, долговечность, преимущества перед известными по конструктивности,
достаточную водо- и морозостойкость, что позволяет их рекомендовать для изготовления штучных
стеновых материалов и изделий. Таким образом, большие запасы кислых вулканических пород и их широкое
распространение по территории России (Восточная Сибирь, Дальний Восток) позволяют расширить сырьевую
базу вяжущих материалов для производства шлакобетонов и изделий на их основе.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сулименко Л.М., Шалуненко Н.И., Урханова Л.А. Механохимическая активация вяжущих
композиций // Известия ВУЗов. серия “Строительство”,1995. №11. С.63-68.
2. Дугуев С.В., Иванова В.Б., Денисов М.Г. и др. Применение механохимической активации в
процессах твердофазного синтеза тонкодисперсных порошкообразных материлов //Строительные
материалы, 2003. №2. С.14-17.
414
ДЕСЯТЫЕ АКАДЕМИЧЕСКИЕ ЧТЕНИЯ РААСН, 2006 г.
УДК 668.31
Хардаев П.К., д-р техн. наук, профессор, Урханова Л.А., канд.техн.наук, доцент,
Лебедев А.А., инженер
Восточно-Сибирский государственный технологический университет
СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ НА ОСНОВЕ
ИЗВЕСТКОВО-ЦЕОЛИТОВЫХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ
Одним из перспективных научно-технических направлений в области строительного
материаловедения можно считать разработку, производство и применение сухих строительных смесей
(ССС).
Сегодня подавляющее большинство отделочных работ не обходится без
ССС заводского
производства. Использование ССС позволяет повысить производительность труда, получать рабочие
растворы порциями в расчете на необходимый объем работ, что исключает потери растворных смесей.
Применение ССС повышает уровень механизации работ, благодаря чему снижается численность рабочих и
повышается культура производства. Кроме того, уменьшаются факторы, отрицательно влияющие на
окружающую среду.
ОАО «Стройкомплект» (Республика Бурятия) выпускает широкий ассортимент строительных
материалов, в том числе ССС: штукатурные смеси, шпатлевочные смеси, плиточные клеи и др. Годовой
объем производства составляет 960 т/год. В связи с интенсивным развитием производства и расширением
ассортимента ССС возрос интерес к вопросам оптимизации свойств вяжущего растворных композиций.
Основной задачей оптимизации является снижение расхода цемента, определяющего стоимость 1 м3
бетонной или растворной смеси. Исходя из этого, можно рассмотреть возможность замены портландцемента
в составе ССС на малоклинкерные и бесклинкерные вяжущие вещества с использованием природного сырья
и отходов промышленности.
Практически неограниченные запасы природного алюмосиликатного сырья, к числу которого
относятся перлитовые породы, цеолиты, вулканические шлаки и др., являются прекрасным сырьем для
производства многих материалов и продуктов, широко используемых в различных отраслях
промышленности, в том числе для производства эффективных строительных материалов. В этом смысле
уникальным сырьем являются цеолиты, которые имеют комплекс свойств, позволяющий использовать их в
процессах адсорбции, ионного обмена, катализа, молекулярного разделения веществ и в других
технологиях.
Строительно-технологические свойства природных цеолитов, а также низкая твердость и пористость
туфов определяют целесообразность вовлечения цеолитизированного сырья в нетрадиционную область их
применения – изготовление строительных материалов и изделий. На территории Забайкалья расположены
три крупных промышленно освоенных месторождений природных цеолитов: в Республике Бурятия –
Мухор-Талинское, в Читинской области – Холинское и Бадинское. Данные природные цеолиты имеют
гигиенические и санитарно-эпидемиологические заключения. Химический состав этих природных цеолитов
приведен в таблице 1. За последнее время накоплен большой экспериментальный и производственный опыт
по изготовлению строительных материалов и изделий широкого спектра назначения из цеолитизированного
сырья практически всех наиболее известных и перспективных месторождений России. Однако, отсутствуют
данные по использованию цеолитов Мухор-Талинского и Бадинского месторождений.
Таблица 1
Химический состав природных цеолитов месторождений Забайкалья
Месторождение
Содержание, % по массе
SiO2
TiO2
Холинское
64,772,8
Бадинское
68,072,0
Мухор-Талинское 69,074,0
Al2O3
Fe2O3
MnO
CaO
MgO
K2O
Na2O
0,08
-0,3
12,2-14,0 1,4-2,7
0,03
-0,4
1,5-3,8 0,2-1,9 2,7-4,4 0,8-3,0
0,16
11,4-12,0 0,6-0,8
0,05
2,1-3,7 0,6-1,7 2,6-4,8 0,4-1,5
0,08- 11,4-14,0 0,6-1,8 0,02- 1,7-3,3 0,4-1,7 4,0-5,5 0,4-0,9
0,16
0,05
H2O
до
8,0
до
10,0
до
10
Кафедрой «Производство строительных материалов и изделий» ВСГТУ проводятся исследования по
получению эффективных строительных материалов, в том числе ССС с использованием природных
цеолитов. В исследованиях использовали портландцемент М400 (ОАО «Каменский цементный завод»),
гипсовый камень Заларинского месторождения, известь негашёная (Татарский Ключ), химические добавки
пластифицирующего действия (добавки поставляются на производство ОАО «Стройкомплект» компанией
415
ДЕСЯТЫЕ АКАДЕМИЧЕСКИЕ ЧТЕНИЯ РААСН, 2006 г.
ЗАО «Еврохим») - эфир целлюлозы Mecellose FMC 2070 и редеспергируемый сополимерный порошок
Mowilith Pulver LDM 2080 P.
Известково-цеолитовые вяжущие вещества были получены по рациональным схемам измельчения
при измельчении в вибрационной мельнице до удельной поверхности 400 м 2/кг. Основные физикомеханические свойства известково-цеолитовых вяжущих приведены в таблице 2.
Таблица 2
Свойства известково-цеолитовых вяжущих
Состав, % по массе
Свойства после ТВО
В/В
ИЦВ
ПЦ
100 (Б)
100 (Х)
100 (МТ)
100 (Б)
100 (Х)
100 (МТ)
100 (Б)
100 (Х)
100 (МТ)
90 (Б)
90 (Х)
90 (МТ)
90 (Б)
90 (Х)
90 (МТ)
90 (Б)
90 (Х)
90 (МТ)
80 (Б)
80 (Х)
80 (МТ)
80 (Б)
80 (Х)
80 (МТ)
80 (Б)
80 (Х)
80 (МТ)
70 (Б)
70 (Х)
70 (МТ)
70 (Б)
70 (Х)
70 (МТ)
70 (Б)
70 (Х)
70 (МТ)
60 (Б)
60 (Х)
60 (МТ)
60 (Б)
60 (Х)
60 (МТ)
60 (Б)
60 (Х)
60 (МТ)
10
10
10
10
10
10
10
10
10
20
20
20
20
20
20
20
20
20
30
30
30
30
30
30
30
30
30
40
40
40
40
40
40
40
40
40
Вид и
количество
добавки, %
А – 0,3
А – 0,3
А – 0,3
В – 1,0
В – 1,0
В – 1,0
А – 0,3
А – 0,3
А – 0,3
В – 1,0
В – 1,0
В – 1,0
А – 0,3
А – 0,3
А – 0,3
В – 1,0
В – 1,0
В – 1,0
А – 0,3
А – 0,3
А – 0,3
В – 1,0
В – 1,0
В – 1,0
А – 0,3
А – 0,3
А – 0,3
В – 1,0
В – 1,0
В – 1,0
0,38
0,38
0,38
0,33
0,33
0,33
0,32
0,32
0,32
0,38
0,38
0,38
0,33
0,33
0,33
0,32
0,32
0,32
0,38
0,38
0,38
0,33
0,33
0,33
0,32
0,32
0,32
0,38
0,38
0,38
0,33
0,33
0,33
0,32
0,32
0,32
0,38
0,38
0,38
0,33
0,33
0,33
0,32
0,32
0,32
Свойства после 28
суток
Прочность
Средняя
Прочность
Средняя
при сжатии, плотность, при сжатии, плотность,
МПа
кг/м3
МПа
кг/м3
11,6
1420
13,6
1200
11,1
1365
13,5
1180
13,5
1400
15,6
1180
13,1
1380
15,4
1255
11,5
1430
14,0
1260
14,6
1405
16,4
1240
13,5
1520
16,5
1320
12,6
1480
14,8
1295
15,4
1410
18,5
1310
13,6
1430
15,2
1300
12,0
1395
14,3
1270
15,8
1355
18,4
1265
15,1
1460
16,9
1370
13,6
1430
16,5
1320
17,8
1480
21,4
1340
17,1
1510
19,6
1395
14,5
1530
17,0
1405
19,7
1490
23,1
1390
17,8
1450
20,6
1310
15,9
1435
19,2
1315
19,3
1420
23,2
1290
19,6
1520
23,8
1370
17,5
1490
20,1
1345
20,9
1460
23,4
1380
22,1
1530
26,3
1440
18,6
1525
21,3
1420
23,1
1540
26,5
1415
22,2
1490
26,1
1315
21,5
1480
26,8
1350
23,7
1475
27,5
1320
26,1
1500
30,0
1395
24,5
1560
27,2
1415
29,6
1510
34,1
1380
28,0
1510
32,3
1440
27,0
1560
31,7
1470
31,9
1540
35,6
1450
27,1
1490
32,4
1360
25,5
1470
30,0
1385
29,0
1465
34,7
1370
31,1
1540
34,6
1460
29,5
1510
33,7
1400
31,6
1515
35,9
1425
33,1
1590
39,4
1490
30,9
1590
37,7
1460
35,9
1580
43,8
1470
Примечание: ИЦВ – известково-цеолитовое вяжущее в соотношении известь:цеолит=20:80 ; Б – цеолиты
Бадинского месторождения; Х – цеолиты Холинского месторождения; МТ – цеолиты Мухор-Талинского
месторождения; А – эфир целлюлозы Mecellose FMC 2070; В – редеспергируемый сополимерный порошок
Mowilith Pulver LDM 2080 P.
Из таблицы видно, что наибольшей пуццолановой активностью из рассматриваемых природных
цеолитов обладают цеолиты Мухор-Талинского месторождения, затем следуют цеолиты Бадинского
месторождения и потом Холинского. Исследования показали, что степень поглощения СаО из известковых
растворов зависит от генетического типа природного цеолита. В этом смысле предпочтительнее цеолиты
Мухор-Талы вулканогенно-осадочного типа. В пуццолановой реакции участвуют каркасообразующие
оксиды цеолитов – SiO2 и Al2O3, причем связывание CaO и CaSO4 природными цеолитами увеличивается с
уменьшением их кремнистости.
416
ДЕСЯТЫЕ АКАДЕМИЧЕСКИЕ ЧТЕНИЯ РААСН, 2006 г.
Физико-химический анализ вяжущих композиций показал, что пористая структура цеолитов приводит
к связыванию большого количества СаО и SО3 в известковых системах. Разложение цеолитов при этом на
гидро(сульфо-)-алюминаты и гидросиликатный гель происходит гораздо быстрее, чем других
алюмосиликатов. Это обусловлено тем, что алюмо- и кремнекислородные тетраэдры в цеолитах
располагаются поочередно, легче освобождаются и более легко встраиваются в структуры гидратов,
поставляя готовые блоки.
При введении небольшого количества цемента в состав известково-цеолитового вяжущего
наблюдается быстрый синтез гидросульфатоалюминатных фаз с дополнительным образованием геля
гидросиликатов. Можно ожидать достаточно высоких характеристик материалов и изделий в известковоцеолитовых системах, но при условии получения низкопористого материала, что может быть достигнуто
либо за счет прессования полусухих масс, либо за счет низкого затворения (пластифицирования), что
подтверждается проведенными опытами с введением добавок пластифицирующего действия.
Введение добавок снижает водовяжущее отношение
на 12-15%, увеличивает прочностные
характеристики в среднем на 8-12%. Кроме того, введение добавок улучшают реологические свойства ССС.
Полученные составы вяжущих показали хорошую адгезию с разными видами покрытий, что
предполагает широкий спектр их применения по назначению в производстве ССС.
417