МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО , ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ТАШКЕНТСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

advertisement
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ,
ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН
ТАШКЕНТСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
На правах рукописи УДК 666.965.2: 666.973.6:002
РАХИМОВ РАХИМБАЙ АТАЖАНОВИЧ
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АВТОКЛАВНОЙ
ТЕХНОЛОГИИ СИЛИКАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ С УЛУЧШЕННЫМИ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ
05.17.11-Технология силикатных и тугоплавких неметаллических
материалов
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
.
Ташкент-2008
выполнена в Ташкентском химико-технологическом институте и Ургенчском
государственном университете
Научный консультант:
доктор технических наук, профессор
Атакуэиев Темуржан Азим-углы
Официальные оипоненты доктор технических наук, профессор
Таймасов Вахигжан Таймасович доктор технических наук, профессор
Ходжаев Саидаслам Аглоевич
доктор технических наук
Талипов Нигматулло Хамндович
Ведущая организация
химии АН РУз
Институт общей и неорганической
Защита состоится «23 » XII _ 2008 г. в 14. часов на заседании
Специапизированного совета Д.067.24.01 при Ташкентском химикотехнологическом институте по адресу: 100007, г. Ташкент, ул. Х.Абдуллаева, 41,
библиотека ТашХТИ.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ташкентского химикотехнологического института по адресу: 100011, г.Ташкент, ул.А.Навои, 32.
Автореферат разослан «22» X I
2008 г.
Ученый секретарь Специализированного
совета, доктор технических наук, профессор
М.Ю.Юнусов
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ
Актуальность работы. Интенсивное развитие стройиндустрии республики и
резкое увеличение объемов промышленного и гражданского строительства в
последние годы требует соответственного роста производства строительной
продукции. Решить эту задачу наиболее быстро и , качественно с минимальными
капиталовложениями можно за счет вовлечения в производство строительных
материалов наиболее доступных и широкораспространенных сырьевых ресурсов.
Об этом особо подчеркивается в Указе Президента нашей страны от 24.03.2005 г.
«Об углублении экономических реформ и ускорении развития промышленности
строительных материалов», в котором уделяется особое внимание «внедрению и
освоению новых современных технологий производства строительных
материалов» и «обеспечению рационального размещения производства
строительных материалов в тесной увязке и перспективным освоением новых
месторождений и местных строительных ресурсов».
В настоящее время в Узбекистане функционируют ряд заводов,
выпускающих силикатный кирпич и силикатобетон на базе местных барханных
и речных песков, а также лесса и лессовидных суглинков. Однако, силикатный
кирпич на их основе не отвечает соответствующим требованиям, предъявляемым
к прочности сцепления с кладочным раствором. Низкое качество силикатного
кирпича не позволяет строить из него даже одноэтажные здания в регионах с
высокой сейсмической активностью, к числу которых относится и наша
республика. Вместе с тем, имеется реальная возможность улучшения техникоэксплуатационных свойств силикатного кирпича, в том числе его прочности
сцепления на отрыв с кладочным раствором путем введения в известковопесчаную смесь (ИПС) различных минеральных добавок, в том числе и
термоактивированных лессовых пород, способствующих изменить характер
физико-химических
процессов
синтеза
гидросиликатов
кальция
и
структурообразования в процессе автоклавной обработки.
Применение лесса и лессовидных суглинков, запасы которых неисчерпаемы в
Средней Азии, для производства ячеистых бетонов также представляет
несомненный интерес в плане замены ими некондиционных местных кварцевых
песков, на которых работают ныне действующие заводы по производству
силикатных изделий, и которые по химико-минералогическому составу не
удовлетворяют требований соответствующих стандартов на сырье для
силикатобетона.
Выпускаемые отечественной силикатной промышленностью изделия-блоки
на природной лессовидной породе отличаются от силикатобетона на кварцевом
песке низкими физико-техническими свойствами, возникновением усадочных
деформаций вследствие недостаточной гомогенизации, низкой активности массы
и создания непрочных структур при автоклавировании.
В связи с этим, при производстве силикатобетона проблемой номер один
является улучшение технологии приготовления и качества гомогенизации массы,
повышение химической активности лесса путем изменения минералогического
состава введением различных активных минеральных добавок и удалением
химически связанной воды из кристаллических решеток составляющих его
глинистых минералов.
Проблема комплексного использования термически и термохимически
активированного лесса (ТХАЛ) и лессовидных суглинок при производстве
силикатного кирпича и ячеистого бетона с целью повышения их техникоэксплуатационных свойств является актуальной также в плане увеличения
объема производства в республике навесных панелей для каркасно-панельного
строительства, что весьма важно при возведении зданий и сооружений в
сейсмоактивных районах.
При введении ТХАЛ в известково-песчаную смесь или же когда он служит
матрицей для получения ячеистого бетона плотностью 600-700 кг/м3 и
прочностью 7,0-8,5 МПа, кинетика и механизм процессов гидрато-и
структурообразования при автоклавировании в корне будут отличаться от
традиционных. За счет ускоренного протекания процесса гидратации и
взаимодействия компонентов будет формироваться искусственный конгломерат,
резко отличающийся от известных подобных повышенными строительнотехническими свойствами. Выявленные закономерности «состав-структурасвойство» при автоклавировании известково-крем-неземистых вяжущих (ИКВ),
содержащих указанные добавки, вносят определенный вклад в развитие науки о
химии и технологии вяжущих материалов автоклавного твердения.
Степень изученности проблемы. Благодаря фундаментальным и прикладным
исследованиям Ю.М.Бутта, П.П.Будникова, П.И.Баженова, О.П. МчедловаПетросяна, И.И.Хинта, А.В.Волженского, Л.М.Хавкина, М.С. Шварцзайда,
Л.М.Ботвиной, А.С.Канцепольского, Б.Н.Виноградова, Б.И. Нудельмана,
М.А.Захарченко и многих других отечественных и зарубежных ученых в
достаточной степени развивалась наука и технология производства силикатных
автоклавных материалов на базе некондиционных материалов, как барханные
пески и различные кремнеземсодержащие материалы, огромными запасами
которых располагает также и наша республика. Однако, объем производства и
качество выпускаемого силикатного кирпича и ячеистого бетона на их основе
значительно отстает от высоких требований, предъявляемых к ним современной
строительной индустрией, что является большим пробелом в химической
технологии силикатных материалов автоклавного твердения. Разработка
способов улучшения строительно-технических свойств силикатного кирпича и
ячеистого бетона на основе барханных песков и лессовидных суглинков, диктует
необходимость совершенствование состава силикатных масс и технологии их
приготовления при изготовлении изделий с целью повышения эксплуатационной
надежности и долговечности строящихся объектов, что в свою очередь, требует
проведение широкомасштабных исследований по улучшению свойств
силикатных масс и изделий на их основе, что возможно путем направленного
структурообразования и изменением морфологии образующихся гидратных фаз
при гидротермальной обработке известково-кремнеземистых вяжущих.
Связь диссертационной работы с тематическими планами НИР.
Исследования проводились в соответствии с планом научно-исследовательских
работ ТАСИ в рамках ГКНТ «Разработка технологий производства
строительных материалов и изделий на базе местных сырьевых ресурсов и
отходов производств» (2000-2002 гг.) и ГНТП 3.7.2.2 по теме: «Разработка
высокоэффективных технологий получения новых видов вяжущих и изделий на
их основе с комплексным использованием минерального сырья и отходов
производств» (2002-2005 гг.).
Цель исследования: разработка научно-обоснованных методических
принципов, физико-химических основ технологии получения силикатных
материалов
автоклавного
твердения
с
улучшенными
техникоэксплуатационными свойствами путем направленного изменения кинетики и
механизма процессов гидратационного взаимодействия компонентов, процесса
структурообразования и морфологии гидратных новообразований при
автоклавной обработке известково-кремнеземистых систем введением термо-и
термохимически активированных добавок местного происхождения.
Задачи исследования. Для достижения указанной цели были поставлены
следующие задачи:
-научное обоснование эффективности термо- и термохимической активации
лессовидных пород, как высокореакционных компонентов ИКВ для получения
различных видов силикатных материалов автоклавного твердения во
взаимосвязи с деструкцией кристаллической структуры составляющих их
минералов, обеспечивающей ускорение их гидратационного взаимодействия и
структурообразования в процессе гидротермальной обработки;
-выявление механизма и закономерностей ускорения образования
полиминеральных гидратных фаз и формирования структуры силикатного
бетона в присутствии ТХАЛ;
-разработка эффективных составов масс для получения силикатного кирпича
на основе барханного песка с использованием различных активных минеральных
добавок, выявление корреляционной зависимости физико-механических свойств
силикатного кирпича от активности силикатной массы;
-оптимизация состава масс и технологического процесса производства
силикатного кирпича с целью повышения его основных физико-механических
свойств и прочности сцепления с кладочным раствором;
-разработка научных и технологических основ производства ячеистого
силикатного бетона на основе лесса с термохимически активированными
минеральными добавками и исследование корреляционной зависимости
«вспучиваемость-добавка-свойство» при получении газобетонной смеси из
термохимически активированной лессоизвестковой композиции;
-разработка технологии получения ячеистого силикатного бетона на основе
ТХАЛ и извести-кипелки и изучение химико-технологических, структурномеханических, физико-технических показателей газобетона и влияние активности
массы на эти процессы;
-выбор оптимальных температурно-влажностных режимов при автоклавировании газобетонной смеси на основе ТХАЛ и извести-кипелки;
-разработка НТД на опытное производство силикатного кирпича, силикатных
бетонов пористой структуры и проведение опытных испытаний по их
производству с использованием наполнителя из ТАЛ- и ТХАЛ;
-организация выпуска опытных партий силикатного кирпича с введением в
композицию из барханного песка и извести ТАЛ;
-определение технико-экономической эффективности использования ТАЛ- и
ТХАЛ в производстве силикатных автоклавных материалов;
Обьекг и предмет исследования. Объектом исследования являются лесс и
лессовидные суглинки, фосфогипс, силикатный кирпич, ячеистый бетон
автоклавного твердения на известково-кремнеземистом вяжущем с
использованием лесса в термо-и термохимически активированном виде.
Технология получения, физико-химические, структурно-механические,
технико-эксплуатационные свойства, процессы новообразования и формирования
микроструктуры силикатных материалов автоклавного твердения с
использованием ТАЛ- и ТХАЛ составляют предмет исследований
диссертационной работы.
Методы исследований. Исследования выполнены с использованием
стандартных и апробированных методов приготовления силикатной массы,
изготовления и определения физико-механических свойств силикатного кирпича
и ячеистого силикатного бетона. Особенности физико-химических превращений
и структурообразование при автоклавной обработке силикатных масс изучались с
применением комплекса физико-химического исследования (рентгенофазовый,
ДТА, электронно-микроскопический, ИК-спектроскопический и т.д.).
Основные положения, выносимые на защиту:
-выявленные
особенности
физико-химических
превращений
и
структурообразования при автоклавировании силикатных масс на основе
некондиционного барханного песка и извести в присутствии ТАЛ и технология
получения силикатного кирпича с улучшенными технико-эксплуатационными
свойствами;
- выявленные закономерности ускорения физико-химических процессов
гидратационного взаимодействия компонентов силикатных масс для получения
силикатного кирпича в присутствии различных растворимых неорганических
солей;
-установленные закономерности изменения физико-механических свойств
силикатного кирпича в зависимости от активности силикатной массы, величины
прессового давления и вида активных минеральных добавок;
-установленные закономерности протекания процессов гидратации
газосиликата при автоклавировании и изменение его технологических и техникоэкономических показателей;
-результаты фундаментального и прикладного характера, составляющие
научно-методическую и технологическую основу получения ячеистого
силикатного бетона на основе природного лесса в присутствии термохимически
активированных минеральных добавках;
-критерии оценки вспучиқваемости газобетонной смеси из лессо-известковой
композиции с добавкой ТХАЛ по степени увеличения ее объема и времени
завершении процесса газовыделения;
-оптимальный
температурно-влажностный
режим
автоклавирования
газобетонной смеси на основе ТХАЛ и извести-кипелки;
-технологию получения ячеистого силикатобетона на основе ТХАЛ и
выявленные закономерности по физико-химической природе протекания
процессов структурообразования в зависимости от активности массы;
-результаты опытно-производственных испытаний по получению силикатного
кирпича, ячеистого бетона с использованием природного и термо- и
термохимически активированного лесса;
-экономическую эффективность использования разработанных технологий
при производстве высокоэффективных силикатных материалов автоклавного
твердения.
Научная новизна. Разработаны научно-методические принципы и физикохимические основы технологии получения силикатных автоклавных материалов
путем установления корреляционной зависимости «состав-структура-свойство» и
закономерностей гидратационного взаимодействия минералов в силикатных
композициях «барханный песок-известь-ТХАЛ-вода» при гидротермальной
обработке. Установлено, что введение ТХАЛ способствует целенаправленному
протеканию процесса структурообразования при гидротермальной обработке
ИКВ за счет создания благоприятных условий для ускоренного поступления
ионов Са +, SiO24", Al f в жидкую фазу и интенсивной кристаллизации
низкоосновных гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Из-за быстрого
связывания определенной части Са(ОН)2 алюминатными соединениями в
гидроалюминаты кальция ускоряется процесс растворения кремнезема в
насыщенной известковой среде с образованием гидросиликатов пониженной
основности и предупреждается их переход в высокоосновные гидросиликаты, в
связи с чем образующиеся гидросиликаты типа CSH(B), тоберморит, ксонотлит,
гиролит и гидроалюмосиликаты являются стабильными в твердеющей системе.
Армированный, сросшимися нитевидными и волокнистыми кристаллами
указанных гидратных минералов, силикатный кирпич проявляет высокие
показатели физико-механических свойств, атмосферо- и морозостойкость.
Установлена эффективность использования ТХАЛ для достижения высокой
степени гомогенизации силикатной массы и синтеза оптимальной структуры
ячеистого бетона на его основе с низкой плотностью и высокими техникоэксплуатационными свойствами. При этом благодаря исключению пластических
свойств глинистых составляющих лесса при его термохимической активации
процесс газообразования, увеличивается коэффициент использования
газообразователя, сокращается длительность процесса вспучивания, ускоряется
структурообразование, благодаря чему сокращается время изотермического
прогрева газобетона и повышается его прочность на 20-25 % и уменьшается
водопоглощение (22,8 %) по сравнению с ячеистым бетоном (39-44,8 %) из
природного лесса, повышается морозостойкость.
Выявлено, что при гидротермальной обработке газосиликата с
использованием ТХАЛ основными продуктами гидратации, обеспечивающими
его высокие физико-технические свойства при относительно низких плотностях
(400-1000 кг/м3), являются низко- и высокоосновные гидросиликаты,
гидросульфоалюминаты и их кристаллические сростки, основная часть которых в
процессе гидротермальной обработки образуются быстро на стадии прогрева
силикатной массы, составляя цементную связку и срастаясь в период
изотермической выдержки формируют равномерно-пористую структуру с
размером пор от 10 до 600 мкм. Установлено, что в процессе гидратации за счет
изъедания оксидом кальция небольшого количества, не вступившего в
химической взаимодействие кварцевого составляющего, он имеет шероховатую
поверхность, около пустотное пространство окаймлено зернами кальцита,
негидратированную часть составляющих минералов исходного сырья
обволакивает пленка из мельчайших кристаллов новообразований, причем,
цементирующая связка из низкоосновиых гидросиликатов кальция
сконцентрирована непосредственно около поверхности зерен кварца и крепко
армируют его, а на периферии располагаются кристаллические фазы
высокоосновных гидросиликатов и гидросуль-фоалюминатов, а также твердые
растворы типа гидрогранатов, которые в сочетании C2SH(A) улучшают
деформативность и коррозионностойкость силикатного ячеистого бетона в
процесс его эксплуатации.
Научная и практическая значимость результатов исследования. Результаты
исследований развивают и расширяют представления об особенностях процессов
фазо- и структурообразования, формирования прочности и эксплуатационных
свойств силикатного кирпича и ячеистого бетона на основе термо- и ТХАЛ, что
составляет
физико-химическую
основу
технологии
производства
высокоэффективных силикатных материалов автоклавного твердения на базе
местных природных и техногенных сырьевых ресурсов.
Практическое значение результатов исследований заключается в расширении
сырьевой базы для производства силикатных строительных материалов
автоклавного твердения за счет вовлечения широкораспространенных в
Узбекистане лесса и лессовидных суглинков, огромных запасов отхода
фосфогипса, интенсификации и сокращении длительности их изготовления за
счет применения ТХАЛ, способствующего ускоренное прохождение реакций
химического взаимодействия составляющих компонентов с формированием
оптимальной структуры, обеспечивающей высокие технико-эксплуатационные
свойства изделий и конструкций. Результаты исследований служили
нормативной базой для разработки НТД на опытное производство силикатного
кирпича и ячеистого бетона с использованием термо- и ТХАЛ, на основе которых
проведены производственные испытания при выпуске опытных партий. В
результате подтверждена экономическая целесообразность комплексного
использования лесса и фосфогипса для производства силикатных материалов
автоклавного твердения полифункционального назначения.
Реализация результатов. Результаты исследований нашли широкое
применение при подготовке бакалавров и магистров, а также научных кадров
путем внедрения в учебный и исследовательский процесс следующих учебных
пособии:
-разработаны
пакет
нормативно-технической
документации,
регламентирующий градиент соотношения компонентов в составе силикатных
масс для изготовления силикатного кирпича с ТАЛ, ячеистого бетона из смеси
барханного песка и извести с добавкой ТХАЛ и Рекомендации, утвержденная
Госкомитетом Республики Узбекистан по Архитектуре и строительству (№7.17115 января 1999, 2008 г.);
-Учебные пособие «Силикат ғишт мустаҳкамлигини ошириш» (Ташкент.
2002.-84 с);
-Учебные пособие «Silikat qurilish ashyolari» (Издательства «Voris nashriyot»
MChJ, Toshkent, 2006.-208 с.) который занял III место в Республиканском
конкурсе (2007 г.) и награжден Дипломом III степени;
Результаты лабораторных исследований проверены в условиях Ургенчского
завода строительных материалов путем выпуска опытной партии силикатного
кирпича в объеме 3460 шт на основе известково-кремнезе-мистого вяжущего,
содержащего 15-20 % ТАЛ. За счет экономии 4-5 % извести на 100 кг смеси
снижение стоимости силикатной смеси составляет 2320 сум., что позволил
получить 110720 сум экономического эффекта. При переводе Ургенчского ЗСМ
на выпуск силикатного кирпича с добавкой ТХАЛ ожидаемый экономический
эффект составит 41472000 сум/год.
Опытно-промышленные испытания, проведенные на Джизакском КСМ по
выпуску опытной партии ячеистого силикатного бетона с использованием ТХАЛ
показало, что себестоимость ячеистого бетона рекомендованного состава ниже,
чем себестоимость традиционного ячеистого силикатного
10
бетона. Ожидаемый экономический эффект при ежегодном объеме производства
64300 м3 силикатного ячеистого бетона с использованием ТХАЛ составит
46937000 сум/год
Апробация работы. Основное содержание диссертационной работы доложены
на:
-республиканских научно-технических конференциях: «IX ТХТИ ФАН
хафталиги» (Ташкент, 2000); «Новые неорганические материалы» (Ташкент,
2000); «Современные технологии переработки местного сырья и продуктов»(Ташкент, 2005); «Хоразм Маъмун академияси ва жахон Фани равнақи» (Ургенч,
2006); «Архитектура-курилиш фани ва давр» (Ташкент, 2006-07); «Актуальные
проблемы создания и использования высоких технологий переработки
минерально-сырьевых ресурсов Узбекистана» (Ташкент, 2007); "Актуальные
вопросы в области технических и социально-экономических наук» (Ташкент,
2008); «Теория и практика композиционных строительных материалов»
(Ташкент, 2008); «Технологии переработки местного сырья и продуктов»
(Ташкент, 2008);
-международных научно-технических конференциях: «Высокие технологии и
перспективы интеграции образования, науки и производства» (Ташкент, 2006);
«Инновация-2006-08» (Ташкент, 2006-08); «Архитектура физикаси фанининг
бугунги холати, муаммолари ва келажак вазифалари» (Ташкент, 2007);
«Региональная Центрально-азиатская Международная конференция по
химической технологии» (6-8 июня Ташкент, 13-23 июня Москва 2007);
«Строительная механика и расчет конструкции к 70-летию акад.
Т.Ш.Ширинкулова» (Самарканд, 2007); «Получение нанокомпозитов, их
структура и свойства» (Ташкент, 2007); «Современные технологии переработки
местного сырья и продуктов» (Ташкент, 2007);
Опубликованность результатов. Основные результаты диссертационной
работы опубликованы в 50 печатных научных трудах, из них: монографий и
учебных пособий -5; научные статьи в журналах -23 из них 3 в зарубежных
журналах; в сборниках научных трудов -12; в сборниках тезисов докладов
научных конференций -13; предварительных патентов РУз-2; нормативных
документов -5;
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 250 стр.
компьютерного текста, включает введение, 7 глав, заключение, список
литературы из 240 наименований и приложения. Экспериментальные главы
работы содержат 46 таблиц и 21 рисунков.
Автор посвящает данный научный труд памяти доктору технических наук,
профессору Ботвиной Л.М. и выражает искреннюю благодарность доктору
технических наук Искандаровой М.И. за ценные советы и замечания в процессе
выполнения данной диссертации.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
В первой главе путем аналитического обзора научно-технической и патентной
литературы освещена роль химической технологии вяжущих материалов
автоклавного твердения в перспективном развитии стройин-дустрии, раскрыты
физико-химические и технологические особенности процессов производства
силикатных автоклавных материалов на ИКВ.
На основе анализа известных закономерностей специфических особенностей
процессов фазо- и структурообразования при гидротермальной обработке ИКВ
систем и определения зависимости физико-механических свойств искусственного
конгломерата от активности силикатных масс, анализа преимуществ и
недостатков существующих составов и технологий получения силикатных
автоклавных материалов, обоснован выбор направления исследований,
сформулированы цель и задачи диссертационной работы в плане разработки
ресурсосберегающих составов и технологии получения силикатных материалов
на базе местных некондиционных природных и техногенных сырьевых ресурсов.
Во второй главе дана характеристика используемых в работе сырьевых
материалов, активных минеральных добавок (табл.1) и описан метод выполнения
экспериментальных исследований.
Таблица 1
Химический состав сырьевых материалов для получения силикатного
кирпича
Наименование
Содержание оксидов, масс %
сырья
SiO2
А12Оз TiO2
Fe2Os
CaO MgO so3
K2O Σ
n.n.n
Барханный песок
Ургенчского
месторождения
67,20
9,18
0,34
3,40
7,01
2,13 0,81 1,82
2,41
99,53
6,57
Лессовая порода
Ургенчского
месторождения
51,27
12,53
0,53
4,84
10,19 3,16 0,15 1,81
1,15
99,90
14,27
Известь-кипелка из
известняка
Джумертауского
месторождения
3,76
1,07
0,03
0,47
71,10 3,21 0,61 -
-
99Ж
22,41
Известь химически
чистая «ХЧ»
-
-
-
0,34
95,5
-
-
-
-
99,14
3,00
Вольский песок
99,2
-
-
-
-
-
-
-
-
99,2
-
Na2O
Сырьевыми материалами для составления известково-кремнеземистых
шихт для получения силикатного кирпича служили барханный песок
Ургенчского месторождения, известь, полученная из известняка Джумертауского месторождения, а в качестве добавки, улучшающей свойства
силикатной массы на основе ИКВ-лессовая порода Ургенчского место-
12
рождения (табл.1). При исследовании влияния неорганических солей на
ускорение процесса гидратации силикатных масс использовали Вольский
песок, содержащий 99,2 % SiO2 и химически чистую известь с содержанием
95,8 % СаО. Для ускорения реакции взаимодействия между кремнеземом и
известью при гидротермальной обработке силикатных масс активаторами
служили различные неорганические растворимые соли NaCl, CaCi2, FeCl3,
AICi3, КзСОз, Na2CO3, КОН, Na2SO4, NH4A1(SO4)2, KAl(SO4)4.
На термограмме термоактивированной лессовой породы обнаруживаются
только два эффекта: эндоэффект при температуре 870 СС, характерный для
диссоциации СаСОз и экзоэффект при 930 "С, который характерен для А12О3
2SiO2 в виде муллита.
Химическую активность прокаленной при температуре 700-750 °С в
течении 20 минут лессовой породы, обеспечивает максимальную до 7,7 %
растворимость активных оксидов (рис.1).
Рис. I. Растворимость ТАЛ (при различной температуре обжига) в солянокислых растворах.
При более высокой температуре (800-850 °С) происходит диссоциация
карбонатов, находящихся в лессовой породе, оксид Са вступая в химическое
взаимодействие с оксидами Ғе^Оз, ҒеО, AI2O3, S1Q2 образует прочные
минералы-алюмосиликаты и силикаты кальция, поэтому растворимость породы в
указанных средах снижается.
Гранулометрический состав исходной лессовой породы представлен в
основном частицами размером 0,05-0,01 и 0,01-0,005 мм., каменистые включения
и частицы размером менее 0,001 мм. отсутствуют. Содержание частиц размером
0,001 мм. составляет около 1,6-1,7 %. Плотность лесса по ПСХ-2 составила 23902670 см2/г.
Основную часть лессовой породы Ургенчского месторождения составляют
кварц (d/n=0,424; 0,334; 0,227; 0,182; 0,154; 0,138 нм.), мусковитовая слюда
(d/n=0,328; 0,200; 0,164 нм.) и биотитовая слюда (d/n=0,261; 0,242 нм.).
Глинистый минерал в лессовой породе представлен каолинитом,
монтмориллонитом и гидрослюдой, в небольших количествах содержатся
акцессорные минералы: хлорит, рутил, лейкоксен, турмалин, пироксены,
лимониты, гематит, пирит, апатит, роговая обманка, барит и другие.
Барханные пески содержат 67,2 % кремнезема, что неудовлетворяет
нормативным документам, требующим содержание не менее 80-90 % крем-
13
незема, обеспечивающего образование в достаточном количестве гидросиликатов, упрочняющих структуру силикатных изделий.
При исследовании свойств силикатных масс для получения ячеистого
бетона исходными материалами служили лесс Ташкентского месторождения,
фосфогипс Алмалыкского АО «Аммофос», глиеж Кизил-Кийского и туффит
Кермининского месторождений и алюминиевая пудра (табл.2).
Таблица 2
Химический состав сырьевых материалов для получения силикатного
ячеистого бетона
Наименование Содержание оксидов, масс %
сырья
SiO2 АЬОз Fe2O3 TiO2 CaO
n.n.n
Σ
? S4
i?76
100,12
1,12
11,12 100,51
MgO SO3 Na2O K2O P2O5
H2O
при
105 "С
Лесс Ташкентского 3-го кирпичного завода
Известь
Джизак-ского
комбината
стр.материалов
Глиеж
КизилКийского
месторождения
Туффит
Керменинского
месторождения
Фосфогипс
50,72 11,18 4,47
0,58
11,25 2,40
0,06 1,65
0,34
0,06
0,00
87,5
0,20
0,12
56,62 25,03 3,35
0,65
0,00
0,10 0,44
2,01 2,02
49,17 8,79
-
0,35
12,6
2,60
0,90 2,39
1,52 2,55
4,32
34,91 100,14
-
27,3
2,05
35,8 -
-
-
15,7
0,05
2,59
1Д2Д 0,14
7 57 7 5?
-
1,23
99,43
99,S8
Гранулометрический состав лессов Ташкентского месторождения представлен частицами размером от 0,05 до 0,01 мм (около 50 %), глинистых
составляющих размером частиц менее 0,005 мм (10-15 %), частиц крупнее
0,25 мм не обнаружено.
Дифрактограмма природного лесса Ташкентского месторождения представлена в основном кварцем с d/n=0,424; 0,334; 0,228; 0,181; 0,166; 0,153;
0,137 нм, кальцитом (d/n=0,302; 0,227; 0,208; 0,\86 нм) и доломитом
(d/n=0,288; 0,219; 0,184; 0,183 нм). Глинистые минералы представлены монтмориллонитом и каолинитом (d/n-Q,357;0,355;0,254;0,248;0,233;0,199;0,149;
0,148 нм), присутствуют также полевой шпат (микроклина) d/rv=0,180 нм,
биотит {гидрослюда) с d/Vi=0,344; 0,244; 0,154 нм, мусковит с d/n=0,137 нм.
Известь. Негашеная извееть-кипелка, получена путем обжига маломагнезиального известняка Джизакского месторождения, с содержанием MgO
от 0,20 до 0,30 %. Она бысгрогасящаяся, скорость гашения 7-15 минут, по
своим свойствам отвечает требованиям, предъявляемым к извести для
ячеистых силикатных бетонов.
Туффит Керменинского месторождения представляет собой массивную
породу серо-зеленоватого цвета, с содержанием активного кремнезема 49,17
%. Данные рентгенофазового исследования указывают на наличие кристо-
14
балита d/n=0,246; 0,253; 0,164; 0,118 нм, глинистой примеси, с характерными
линиями монтмориллонита d/n=0,255; 0,247 нм. О наличии кварца свидетельствуют линии с межплоскостными расстояниями d/n=0,334; 0,181; 0,153 нм.
Глиеж представляет собой породу, естественно обожженную, состоящую, в
основном из кварца, полевых шпатов, глинистых минералов, оксидов железа,
слюд и карбонатов. Содержание растворимого глинозема, находится в
пределах 2-3 %. Участвуя в реакциях взаимодействия с известью, должен
способствовать образованию кристаллических центров в лессоизвестковой
массе, вокруг который при гидротермальной обработке группируются
новообразования гидросиликатов и гидроалюминатов кальция.
Фосфогипс представлен в основном двуводным гипсом, кварцем с
небольшой примесью неразложившихся фосфатов, остатков фосфорной и
серной кислот и фтористых соединений.
Термоактивированный лесс представляет собой продукт, дегидратации при
750 °С лесса.
Термохимически активированный лесс представляет собой продукт,
дегидратации при 750 "С смеси лесса и фосфогипса при их соотношении 4:1.
Химический анализ сырьевых материалов проведен по общепринятой
методике в соответствии с ГОСТ 5382-91. Механический анализ сырья состоит
в определении его зернового состава по методу седиментации.
Для определения прочности силикатных образцов их испытание осуществлялось на кубах размером 10x10x10 см. на гидравлическом прессе по
ГОСТ 12852.5-77 (РСТ Уз 871-98). Образцы после автоклавирования высушивали до постоянного веса при температуре 105-110 °С, затем подвергали
испытанию каждую серию и принимали среднее значение из 3-х образцов.
Для определения изгибающих усилий изготавливали балочки 4x4x16 см.,
испытание которых производили на приборе МИН-100.
Для лабораторных исследований подбора силикатной массы кирпича
известково-кремнеземистую смесь помещали в эксикаторы на гашение извести
в течение 10 часов, а затем ее смешивали с 10-15-20-25-30 % ТАЛ и тщательно
перемешивали в лабораторной мешалке.
Методику режима автоклавирования планировали согласно заводскому 3
часа подогрева, 8 часов изотермическая выдержка при 0,8 МПа и 3 часа
охлаждение образцов. Образцы извлекали из автоклава, высушивали при 70 °С,
затем
определяли
прочность,
водопоглощение,
морозостойкость,
долговечность, объемную плотность и массу кирпича (ГОСТ 7025-91).
Прочность сцепления силикатного кирпича на отрыв с кладочным
цементно-песчаным раствором М-25 проводили согласно КМК 2-01-03-96.
В качестве деформативной характеристики ячеистого силикатобетона
определяли динамический модуль упругости (Eg). Измерение производили на
приборе ИЧМК-2.
Для определения воздухостойкости моделировали комплекс факторов в
искусственном климате, созданном в аппарате искусственной погоды-
15
визерометре. Образцы-кубы испытывали в нем в условиях, где цикл составляет
18 часов теплового облучения, 3 часа-дождя, 2 часа-мороза и 1 час осмотра.
Следовательно, 30 циклов в аппарате искусственного климата приравнивается
одному году службы образцов в атмосферных условиях.
Водопоглощение -образцов определяли по РСТ Уз871-98 (ГОСТ 12852. 677) определяли на образцах-цилиндрах диаметром 5 см, кубах 3x3x3 см;
7,07x7,07x7,07 см; 10x10x10 см и балочках 4x4x16 см по ГОСТ 7025-91.
Метод поглощения извести веществами из раствора является критерием
активности минеральных добавок. Исследование проводили согласно ГОСТ
25094-94. Съёмку кривых дифференциально-термического анализа производили на пирометре Курнакова Н.С. (ФНК-55).
Стойкость образцов в агрессивных растворах исследовали на образцахкубиках размером 3x3x3 см. Агрессивной средой служили 0,5; 1,0; 1,5 и 3 % ные растворы MgSO4 и Na2SO4.
Микроскопический анализ для изучения фазовых превращений, формы и
размеров кристаллов, структуры и природы соединений проводили с помощью
поляризационного микроскопа МИН-3.
Электронно-микроскопические исследования выполняли на электронносканирующем микроскопе JSM-259 японской фирмы JEOC. ИК-спектры
поглощения снимали на спектрофотометре «Specord 75 R» (ГДР).
В третьей главе приведены результаты по изучению влияния растворимых
неорганических солей на процессы твердения и свойства силикатного кирпича.
В качестве активаторов твердения изучалось влияние неорганических
хлоридных солей NaCl, CaCl2, FeCi3, A1C13 в широком диапазоне их
концентраций: от 0,005 до 7,3 % от веса сухой известково-песчаной смеси.
Хлористые соли NaCI, СаС1г, FeCI3, AICI} являются интенсификаторами
твердения силикатных изделий (кирпича). Введение их в количестве 0,1 % дает
прирост прочности от 18 до 40 %. Снижение прочности образцов, наблюдаемое
при избыточном содержании солей, является результатам изменения
морфологии гидросиликатов кальция, а не результатом замедления процесса
взаимодействия между известью и кварцем.
Влияние углекислого калия и натрия на прочность образцов зависит от
содержания добавки и может быть разграничено на два периода. В области
малых концентраций (от 0 до 0,3-1,0 %) увеличение содержания соли приводит
к снижению прочности, а при дальнейшем увеличении ее количества
прочность начинает возрастать, достигая 171 % от бездобавочном при
дозировке 7,3 % К2СО3
Выявлено, что по мере увеличения добавки соли последовательно вначале
возрастает эндотермический эффект гидрата оксида кальция, а переходя
границу, соответствующую содержанию соли около 3 % (или 0,5 моля/л), этот
эффект резко убывает. Кроме того, наблюдается снижение интенсивности
экзотермического эффекта CSH(B), который при высокой концентрации соли
становится «размытым» и почти исчезает.
16
Углекислые соли при взаимодействии с известью образуют CaCOj,
эндотермический эффект которою при 795-820 °С заметен только при малых
добавках углекислых солей, когда процесс образования гидросиликатов
подавляется, что сопровождается на термограммах уменьшением
интенсивности экзотермического эффекта 820-840 °С. С увеличением
количества вводимой углекислой соли образуется большее количество СаСО3 и
эффект его разложения должен был бы возрастать однако, на термограммах он,
наоборот, исчезает.
Это происходит потому, что с повышением щелочности раствора,
ускоряются реакции образования низкоосновных гидросиликатов кальция,
возрастающий экзотермический эффект которых накладывается на эндотермический эффект разложения СаСО3, и они взаимно поглощаются. Для
подтверждения этих соображений о решающем влиянии щелочи на степень
взаимодействия компонентов смеси и на прочность образцов, проведены
специальные опыты с введением в воду затворения КОН. Причем, дозировки
ее взяты так, чтобы создать такие же концентрации щелочи, которые
образуются при введении соответствующего количества K2COj.
Аммонийные и калиевые квасцы в качестве добавок к силикатной массе
ранее не использовались, хотя по данным отдельных исследователей они
позволяют значительно повысить прочность растворов на клинкерных
цементах. Серия опытов с добавками сернокислых солей была проведена на
массе активностью 8 %. Вследствие ограниченной растворимости указанных
солей, с принятым объемом воды затворения удалось ввести лишь 0,3 %
квасцов и до 1,0 % сернокислого натрия.
Положительная роль аммонийных и калиевых квасцов в формировании
прочностных свойств и состава новообразований известково-песчаных материалов подтверждается данными дифференциально-термического анализа: с
увеличением добавки квасцов значительно растет интенсивность экзотермического эффекта при 825-840 °С, относящегося к гидросиликату CSH(B), что
положительно сказывается на росте прочности известково-песчаных
материалов благодаря ускорению процесса взаимодействия компонентов, что
проявляется в более полном связывании извести и максимальном образовании
гидросиликатов кальция в их присутствии.
С целью изучения влияния сульфатных примесных составляющих на
фазовый состав новообразований при твердении ИКВ были приготовлены
смеси из барханного песка, измельченного до удельной поверхности 510 см2/г
по воздухопроницаемости и Са(ОН)2 с соотношением C/S в смесях 0,5 и 1. В
смесь дополнительно вводили 1,2 и 5 % двуводного гипса.
Из указанных смесей при В/Т=0,3-0,32 формовали образцы - кубы с
размерами граней 1,41 см, которые подвергали гидротермальной обработке в
среде насыщенного водяного пара при 175 °С в течении до 24 ч.
Установлено, что в образцах, из известково-песчаных (барханных песков)
смесей без добавлении гипса свободный СаО содержится даже при
17
удлинении периода изотермической выдержки до 24 ч. Введение гипса в
количестве от 1 до 5 % резко ускоряет связывание СаО. В образцах из смесей с
C/S =1 свободный СаО полностью исчезает после изотермической выдержки в
течение 16 ч., а из смесей с C/S =0,5 -после выдержки в течение 8 ч.
В образцах из смеси C/S=l в результате взаимодействия СаО с 8Юг в
присутствии гипса уже после выдержки в течение 4 ч. образуется гидросиликат
серии C-S-H(I), который при длительной гидротермальной обработке (16-24 ч.)
превращается в ксонотлит. Увеличение содержание гипса от 1 до 5 % не влияет
на интенсивность дифракционных максимумов ксонотлита d/n=0,365; 0,322;;
0,309; 0,289 и 0,271 нм. Вне зависимости от содержания (1 до 5 %)
CaSO4*2H2O существенно интенсифицируется процесс связывания оксида
кальция с кремнеземом. С увеличением продолжительности изотермической
выдержки от 4 до 16-24 ч., в зависимости от основности исходной смеси,
наблюдается превращение ранее образовавшегося гидросиликата C-S-H(I) в
тоберморит (C/S-0,5) или ксонотлит (C/S=l). Когда для изготовления вяжущего
используют чистые кварцевые пески, добавка 2 % гипса на 10 % повышает
прочность силикатных материалов на сжатие. Использование песка,
содержащего 5 % полевых шпатов, в присутствии 2 % гипса повышает
прочность при сжатии на 25 %. Отмечено резкое повышение прочности
образцов на изгиб в присутствии 2 % CaSO4x2H2O: на основе кварцевого песка
- на 80 %, а кварцево-полевошпатовых песков- на 30 %.
Совместное присутствие гипса и глинистых минералов в запариваемых
известково-кварцевых смесях способствует возникновению низкоосновных
гидросиликатов кальция-субмикрокристаллического C-S-H(I) и хорошо
закристаллизованного тоберморита 11,3 А. Повышенное содержание этих
новообразований, а также более совершенная структура силикатного камня
обеспечивает ему высокие прочностные показатели.
Глинозем, выделяющийся при щелочном расщеплении глинистых
примесей, в присутствии ионов SO2"4, связывается не в гелевидные
гидроалюмо-силикатные фазы, а в гидросульфоалюминаты кальция. В
зависимости от состава исходной шихты, условий взаимодействия в
запариваемом материале возникают гидросульфоалюминаты кальция
высокосульфатной или низкосульфатной формы. Последние, обладая более
высокой степенью кристаллизации, не препятствуют растворению
компонентов силикатной смеси. Поэтому дальнейшее гидротермальное
взаимодействие извести и кварца протекает по схеме, близкой к классической^
что подтверждаются данными, полученными введением в состав ИКВ,
включающего 78-81 % песка и 15 % извести от 2 до 5 % глинита и 2 %
двуводного гипса. При это установлено, что совместно их присутствие
способствует повышению прочности силикатного кирпича на сжатие от 18 до
25 МПа (без добавки 12 МПа), что объясняется увеличением количества и
изменением качественного состава гидратных новообразований за счет
вовлечения в сферу реакций глинистых минералов и гипса с образованием
гидросульфоалюминатов и гидросиликатов
18
кальция различной основности, в результате чего получен силикатный кирпич,
удовлетворяющий требованиям нормативных документов по качеству.
В четвертой главе диссертационной работы приведены данные по
улучшению химико-технологических свойств ИКВ и процесса структурообразования при их гидротермальной обработке с получением силикатного
кирпича с повышенными эксплуатационными свойствами путем введения в
состав силикатных масс ТАЛ.
Из-за повышенного содержания в барханном песке глинистых составляющих, которые в процессе автоклавирования ИПС снижают общее количество
образующихся гидросиликатов низкой основности, снижается механическая
прочность структурообразующей системы, кристаллы новообразований
укрупняются, что ухудшает их сцепляемость и спаянность с кристаллическими
новообразованиями родственных систем, т.е. кладочного раствора.
Для решения задачи по повышению прочности сцепления силикатного
кирпича необходимо исследовать его эксплуатационные свойства в присутствии ТАЛ- как активатора твердения, изучить его влияние на химикотехнологические свойства силикатной массы и на свойства силикатного
кирпича, в т.ч. на его прочность сцепления с кладочным раствором в кладке.
Активность шихты, поступающей на пресс, почти на всех заводах по
производству силикатного кирпича колеблется в пределах 11,5-12.5 %.
С увеличением активности силикатной массы до 9,5 % марка кирпича
можно повысить до 150 и 200, что позволяет экономить 4-5 % известкового
вяжущего на за счет понижения активности смеси силикатного кирпича до 8,57,5%. С понижением активности смеси увеличивается водопоглощение, что
весьма важно для повышения прочности сцепления кирпича с цементным
раствором.
На заводах по производству строительного кирпича в огромных
количествах накапливаются отходы в виде недожженного кирпича,
половняков- брака после обжига, которые по свойствам близки к ТАЛ, поэтому
проводилось исследование возможности их применения в качестве добавки к
силикатной массе.
Влажность смеси, из которой формовали кубы 5x5x5 см, колебалась в
пределах 10-12 %, режим автоклавирования при давлении пара 0,8 МПа и
температуре 170-175 °С: в 3 часа-подогрев, 8 часов-изотермическая выдержка и
3 часа-охлаждение. Введение в ИПС активностью 11,8 % по сумме СаО и MgO
добавок молотого боя недожженного глиняного кирпича (БНГК) снижает ее
активность до 10 и 10,6 % и способствует повышению прочностных
показателей кирпича аналогично термоактивированной лессовой породы.
Добавка 15 % БНГК способствует значительному улучшению прочностных
показателей силикатного кирпича как на изгиб, так и сжатия: они на 0,9 и 0,4 %
превышают прочность заводского кирпича. При этом расход ИПС снижается
на 15 %, что предопределяет возможность выработки дополнительного объема
продукции; экономится природное сырьё -лессовая порода за
19
счет ее замены БНГК, следовательно, экономятся топливные ресурсы;
улучшаются физико-механические свойства силикатного кирпича; улучшается
промышленная экология в районах заводов по производству строительного
кирпича за счет утилизации их отхода-боя недожженного кирпича.
Проверка результатов лабораторных исследований в условиях Ургенчского
завода по производству силикатного кирпич показали, что кирпич, полученный
из ИПС с добавкой ТАЛ и молотого БНГК по прочности и морозостойкости
идентичны.
При этом масса и плотность силикатного кирпича из заводской смеси
составляют соответственно 4940 кг и 1870 кг/м3 при активности 10,4 %.
Рекомендуемые составы с добавкой ТАЛ и БНГК имеют массу соответственно,
на 300 и 500 г ниже при активности 8,3 %. Что же касается прочности, то
кирпич с добавкой ТАЛ в количестве 20 % имеет прочность на марку выше.
Для уточнения оптимального количество вводимой добавки, применили
метод математической обработки результатов экспериментальных исследований. Установлено, что оптимальное количество добавки ТАЛ, составляет 19,4
% по массе. Увеличение добавки до 25-30 % не рентабельно с точки зрения
затраты на обжиг лесса и снижения морозостойкости силикатного кирпича.
Рис.2. Дифрактограмма силикатного кирпича из заводской смеси с добавкой
ТАЛ: 1) 10 %; 2) 15 %; 3) 20 %.
В связи с тем, что разработанная технология предусматривает введение в
состав заводского известково-песчаного вяжущего до 20 % ТАЛ, механизм
структурообразования и морфология гидратных фаз, образующихся при
автоклавировании системы «ТАЛ-известь-песок», будет отличаться от
традиционной, т.к. в химическом составе ТАЛ и барханного песка содержатся
AI2O3 в значительных количествах (порядка 11-12 %). Кроме того в
химическом составе ТАЛ содержание SiC>2 высокое (51,27 %) и имеется
также порядка 12 % СаО, что изменяет последовательность минералообразования при гидротермальной обработке и морфологию образующихся
гидратных фаз в результате изменения основности ИПС и способствует
20
наряду с гидросиликатами различной основности, также кристаллизации и
гидроалюминатов кальция.
На дифрактограмме автоклавированных образцов наиболее активная часть,
кроме кварца с d/n=0,334; 0,227; 0,182; 0,153 нм., представлена линиями
низкоосновных гидросиликатов типа CSH(B) с дифракционными отражениями
при d/n=0,303; 0,279; 0,181 нм. Интенсивность линий низкоосновных гидросиликатов относительно слабо выражена, однако четко отмечены линии
гиролита2СаОх38Ю2хН2Ос<1/п=0,421; 0,286; 0,189 нм (рис.2). По мере увеличения количества вводимой добавки интенсивность указанных линий заметно,
увеличивается. Отмечены характерные линии тоберморита с d/n=0,307; 0,297;
0,183 нм. и 5CaOx5SiO2xH2O ксонотлита с d/n=0,204; 0,295; 0,267 нм.
При добавке 10, 15, 20 % ТАЛ образуются как низкоосновные, так и
высокоосновные гидросиликаты. Линии, характерные для высокоосновных
гидросиликатов типа CSH(A) наблюдаются при d/n=0,392; 0,167 нм а
гидроалюмината ЗСаОхА12О3х6Н2О - при d/n=0,336; 0,281; 0,229 нм.
Низкоосновные гидросиликаты обеспечивают повышенную механическую
прочность силикатного кирпича, а высокоосновные гидросиликаты и
гидроалюминаты придают ему высокую долговечность и морозостойкость, что
подтвердилось при испытании силикатного кирпича нового состава в
заводских условиях.
Эти свойства зависят не только от количества синтезируемых гидросиликатов кальция, но и от ионной связи между составляющими их оксидами.
длина волн, см
Рис.3 ИК-спектры силикатного кирпич: 1) заводская смесь активностью 12,5
%; 2) проба кирпича с 10 % ТАЛ из смеси активностью 9,4 %; 3) с 15 % ТАЛ,
активность 8,3 %; 4) с 20 % ТАЛ, активность 10,0 %;
При идентификации ИК-спектров, представленных на рис.3 отмечены
полосы поглощения при волновых числах 3800-1600 см"1 в пробе с добавкой
20 % ТАЛ, что характерно для связи Ca-Si-OH в ксонотлите. Интенсивность
этих полос по сравнению с кирпичом из заводской смеси значительно
21
больше. В пробе из смеси с 10 % ТАЛ с активностью 9,4 % наблюдается
появление полос поглощения при волновом числе 3400 и 1370 см-1, что
указывает на колебание связи Ca-Si-OH в тоберморите и количество его почти
такое же, что и в пробе с 20 % ТАЛ. Тоже самое можно отметить и о появлении
гиролита при волновых числах 2100, 1800 см-1. С увеличением активности
смесей, видимо, повышается количество кальцита: избыток известкового
вяжущего не вступает в реакцию взаимодействия с оксидами кремния,
глинозема и железа, на что указывает наличие полос поглощений, характерных
для связей Са-О-СО2 при волновых числах 870-1380-1490-1640-2400-2530 см-1.
На ИК-спектрах заводского кирпича, интенсивность полос поглощения
карбонатов кальция больше, чем на пробах с ТАЛ. Поэтому поверхность
кирпича из заводской смеси с активностью 11,5-12,5 % после автоклавной
обработки и охлаждения в течении недели покрывается глянцевой коркой из
карбонатов, препятствующей прочному сцеплению кирпича с кладочным
раствором, а введенный в смесь ТАЛ поставляет в жидкую фазу реакционной
среды дополнительное количество Si4- и А13+, способствуя этим наиболее
полному протеканию процесса взаимодействия составляющих компонентов и
улучшению структурообразования, что обеспечивает получение силикатного
кирпича с улучшенными технико-эксплуатационными свойствами, в т.ч. и
высокой прочностью сцепления с кладочным раствором.
Рис.4. Микроструктура силикатных кирпичей: 1) из заводской смеси,
2) с добавкой 10 %, 3) 15 % и 4) 20 % ТАЛ
Электронно-микроскопическое исследование подтверждает результаты
рентгенофазового и ИК-спектроскопических исследований: микроструктура
реплик с поверхности скола заводского силикатного кирпича представлена
массой из округлых зерен кварца, игольчатых и волокнистых кристаллов
гидросиликатов кальция, хаотично расположенных по всей поверхности и
имеющих множеств пор в межзерновом и межкристаллическом пространстве
22
(рис.4). В присутствии 10 % ТАЛ повышается степень кристаллизации
гидросиликатов кальция с образованием войлочной структуры, а 15 % ТАЛ еще
больше ускоряет взаимодействие компонентов шихты, и кристаллизацию
гидросиликатов кальция с формированием низкопористой структуры ритмичного
типа. Кристаллы гидросиликатов плотно упакованы и растворены друг в друге,
что способствовало образованию агрегатно-блочной структуры подобно
структуре цементного камня длительного твердения. Формирование подобной
структуры способствует повышению основных эксплуатационных свойств
силикатного кирпича, в том числе и сцепления с кладочным раствором.
Прочность сцепления кирпича в кладке проверили на фрагменте стены, для
чего построили два фрагмента стены высотой 1,2 метра в два кирпича и длиной
1,5 метра, имитирующие конструкцию стены из силикатного кирпича и на этом
фрагменте определяли истинную прочность сцепления на отрыв кирпича с
кладочным раствором. Из кирпича заводского изготовления с добавкой 15-20 %
ТАЛ возвели еще два фрагмента стеновой кладки в полтора и один кирпич таким
образом, чтобы два ряда полностью состояли из разработанных идентичных
составов. Высота кладки стены 1,5 м, длина 1,6 м.
Таблица 3
Прочность сцепления модульного кирпича, изготовленного в заводских
условиях, с кладочным раствором марки «25»
Состав
смеси, %
ИПС -90
ТАЛ-10
Активность по
сумме СаО и MgO,
%
10,6
ИПС -85
ТАЛ-15
8,8
ИПС -80
ТАЛ-20
8,3
ИПС-100
11,6
Нагрузка,
МПа
8,8 10,8 9,6
24.6 2
4.3
24,1
42,0 36,6
37,4
7,9 8,1 8,4
Площадь
см
220
250
200
230
238
231
270
276
276
230
260
240
Ср.прочность
сцепления,
МПа
0.041
0,102
0,139
0,033
Примечание
по постели
кирпича не
отмечены очаги
раствора
по
постели
кирпича имеются
очаги раствора
по постели
кирпича отмечены
очаги кладочн.
раствора
очагов
раствора
нет
Фрагменты стен, построены непосредственно в лаборатории где температура
составила +20-25 СС, а влажность 90-95 %, что создает нормальные условия для
твердения кладочного раствора. Через 28 суток проводили испытания (табл.3).
При этом, прочность сцепления кирпича из заводской смеси составила 0,02-0,03
МПа, что не отвечает требованиям КМК 2-01-03-96 для кладки даже при
строительстве одноэтажного здания при сейсмоактивное™ 8-9 баллов, как это
установлено для Республики Узбекистан и регионов Центральной Азии, а
опытные партии силикатного кирпича заводского изготовления с добавкой 20 %
ТАЛ, проявили высокую
23
силу прочности сцепления (0,139 МПа) при норме 0,12 МПа модульного
кирпича с кладочным раствором, удовлетворяющую требованиям указанного
КМК кладке второй категории, что расширяет диапазон его применения в
строительстве в качестве стенового материала, способствуя снижению его
дефицита в стройиндустрии республики.
Морозостойкость силикатного кирпича из новых составов была высокая:
силикатных масс через 15 циклов теплосмен потеря прочности составила 12-15
%, что удовлетворяет требований ГОСТ 379-95 РУз., тогда как заводской кирпич
с активностью смеси 11,9 % не выдержал 15 циклов теплосмен. Рекомендуемые
составы силикатного кирпича с ТАЛ даже при активности 8,5 % выдержали 15
циклов попеременного замораживания и спаивания. Следовательно, активность
смеси не является решающим фактором для обеспечения морозостойкости.
Фазовый состав разработанного силикатного кирпича представлен
высокоосновными гидросиликатами и гидроалюмосиликатами, которые
способствуют повышению его морозостойкости. В заводских составах после
гидротермальной обработки высокоосновные гидросиликаты не образуются,
поэтому их морозостойкость весьма низкая и не удовлетворяет требованиям
ГОСТ 379-95 РУз.
Для исследования атмосферостойкости силикатного кирпича серия образцовкубов размером 5x5x5 см., а затем и нормальный модульный кирпич,
отформованный на заводе из рекомендуемых составов с добавкой 15 и 20 % ТАЛ,
подвергались поочередному увлажнению осенью и весной, замораживанию
зимой, солнечной радиации и высушиванию летом. При этом они не только не
потеряли своей прочности, а наоборот, постоянно повышали ее. Причем, в
образцах с 15 и 20 % ТАЛ при активности смеси 8,3 и 9,4 % через 2 года хранения
присутствуют гидросиликаты низкой основности типа С8Н(В)-это тобермориты,
гиролиты и ксонотлиты, а также высокоосновные гидросиликаты типа C2SH(A) и
гидроалюмосиликаты C2ASH. Сразу же после автоклавирования микроструктура
представлена спиралеобразными волокнистыми кристаллами, между которыми
наблюдается множество пор. При длительном хранении кристаллы
гидросиликатов разрастаются, сплетаются и постепенно заполняют пустоты и
поры силикатного кирпича, уплотняя гидратную структуру упрочняют и
повышаютего строительно-технические свойства.
Пятая главы работы посвящена разработке технологии получения ячеистого
силикатного бетона на основе природного лесса, улучшению процесса
структурообразования силикатных масс и ускорению формирования их
пластической прочности введением алюмосиликатных материалов с более
высокой реакционной способностью, чем базовый природный лесс.
Известно, что пластично-вязкие системы в процессе физико-химических
превращений проходят период тиксотропного коагуляционного структурообразования, т.е. период, охватывающий время с момента затворения массы до
возникновения необратимых кристаллизационных структур.
24
Лессоизвестковые смеси, подобно цементным и силикатным системам,
представляют собой упруго-вязко-пластичные тела, поэтому исследование
процесса коагуляционного структурообразования при получении ячеистых
бетонов на их основе представляет определенный научный интерес.
Величина пластической прочности «Рга» характеризует срок созревания
сформованных изделий до гидротермальной обработки. Установление времени
срезки «горбушки», перемещение форм без нарушения начальной структуры
ячеистой массы и другие, которые для кремнеземисто-известковых систем на
основе лесса определяются впервые в данной работе.
Для определения кинетики структурообразования лессоизвестковой массы
готовили смеси из немолотого лесса Ургенчского месторождения и химически
чистой извести. Смеси затворяли при значениях В/Т: 0,40; 0,45; 0,50; 0,55.
Активность смеси 23 % выбрана по результатам более ранних исследований
Л.М.Ботвиной и Е.С.Гродзенской как наиболее оптимальная. Измерение
пластической прочности проводили через 30 мин от начала затворения.
Установлено, что с увеличением В/Т от 0,40 до 0,55 процесс упрочнения
гидратной структуры замедляется и снижается пластическая прочность масс.
Масса с В/Т=0,40, в течение 4,5 ч твердения имела пластическую прочность 5,6
МПа, а масса с В/Т 0,45; 0,50; 0,55 соответственно 4,5; 2,3; 1,3 МПа. При этом
самый
минимальный
тиксотропный
период
коагуляционного
структурообразования наблюдается у лессоизвестковой массы с В/Т 0,40,
который составляет порядка 2,5 ч.
С увеличением В/Т до 0,55 тиксотропный период удлиняется до 3,5 ч, что
объясняется количественным увеличением диспергирующей среды и
снижением скорости образования коллоидных частиц, ввиду значительного
удаления их точек соприкосновения друг с другом. Следовательно, наиболее
технологически приемлемыми составами масс, обладающими высокими
структурно-механическими свойствами, являются массы затворенные при В/Т
0,40 и 0,45, имеющие одновременно малый тиксотропный период
коагуляционного структурообразования а масс затворенных В/Т 0,50-0,55
можно использовать для получения теплоизоляционных изделий с малыми
расчетными напряжениями.
Для определений влияния активности лессоизвестковой массы на процесс
структурообразования составили смеси с активностью 17; 20; 23; 25 % которые
затворялись при В/Т 0,45. Отмечено, что независимо от их активности, в
течение 1,5 часа во всех смесях ярко выраженных изменений в структуре не
наблюдается, так как нарастание пластической прочности весьма
незначительное. Температура массы колебалась в пределах 30-40 "С. В течение
следующего часа отмечен интенсивный рост кривой пластической прочности у
массы с активностью 25 %, у которой за 4,5 ч от начала опыта пластическая
прочность составила 5,0 МПа, в то время как у массы с активностью 17; 20; 23
% она соответственно была 1,05; 1,8; 2,8 МПа. За 6
25
часов созревания массы отмечен максимальный рост кривой пластической
прочности которая к суточному возрасту не повышается. Смеси с активностью
23-25 % имеют максимальную пластическую прочность в 5,0 МПа за 5,5 и 4,5 ч
твердения соответственно, а массы активностью 17 и 20 % имеют конечные
значения «Рга» 2,35 и 4,2 МПа за 6 ч твердения (рис.5).
Время, час
Рис.5. Зависимость Рт смеси из природного лесса и извести-кипелки от ее
активности: 1) А=17 %; 2) 20 %; 3) 23 % 4) 25 %; В/Т=0,45
Наиболее оптимальной выбрана масса из природного лесса и извести-кипелки
с активностью 23 %, имеющая самый малый период тиксотропного
коагуляционного структурообразования и дающая большое значение
пластической прочности.
Наибольший эффект достигается при введении в массу из природного лесса и
извести-кипелки 50 % глиежа, т.к. в этом случае наблюдается резкое сокращение
тиксотропного периода коагуляционного структурообразования и интенсивный
рост пластической прочности, имеющей высокие показатели. Глиеж повышает
также сульфатостойкость искусственного конгломерата. Однако, глиежи
Кзылкийского месторождения находятся в соседнем государстве, поэтому
необходимо изыскать новые источники заменяющие алюмосиликатных
материалов. В этом плане пелитовые туффиты представляют определенный
интерес, т.к. по данным Госкомгеологии РУз запасы туффитов в Карманинского
месторождения составляют 45192,0 тыс.т. они применяются и качестве активной
минеральной добавки к цементу, их можно использовать и к силикатным массам.
Установлено, что термоактивированный туффит оказывает подобный глиежу
эффект на процесс формирования пластической прочности силикатной массы на
основе природного лесса, что позволяет рекомендовать применять его как
активатор твердения при получении ячеистого бетона.
В шестой главе диссертационной работы освещаются результаты получения
ячеистого силикатного бетона на основе ТХАЛ и извести-кипельки с
определением оптимальных параметров процесса термической активации лесса
путем его модификации с фосфогипсом.
26
При выборе способа термоактивации лесса в присутствии фосфогипса,
ориентировались на возможность создания высокореакционной среды при
гидротермальной обработке лессоизвесткового вяжущего в связи с тем, что
наличие активных сульфат-ионов ускоряет связывание алюминатных минералов
в процессе гидротермальной обработки в более прочные гидросульфоалюминаты
кальция, нежели гидроалюминаты кальция. Для этого лесс Ташкентского
месторождения, подвергнут термической обработке в присутствии 25 %
фосфогипса в муфельной печи при температуре 200-300-400-500-600-650-700 °С
с экспозицией 1 ч. По данным табл.4 оптимальной температурой термоактивации
композиции из фосфогипса и лесса можно считать температуру 650 °С с
разностью потери при прокаливании 4,30 %.
Таблица 4
Влияние температуры термообработки лесса на потери при прокаливании
лессо-известковой смеси
Температура
Потери при
Разность потери при
термообработки, "С
прокаливании, %
прокаливании, %
0
13,76
200
11,74
2,02
300
11,65
2,10
400
11,09
2,67
500
10,65
3,11
600
9,96
3,80
650
9,46
4,30
700
7,34
6,42
Термические кривые нагревания композиции из природного лесса и
фосфогипса обнаруживают 3 эндотермических эффекга с максимумами при
температуре 100, 120 °С и 560 °С, возникновение которых связано с суммарным
удалением гигроскопической воды из глинистых составляющих и гипса,
превращением его из двуводного состояния в полуводный при температуре 100120 °С, выгоранием органических примесей (корни, сучки, травы), вредно
влияющих на структуру бетона и кристаллизационной воды при температуре
500~560°С. Эндоэффект при 840 °С относится к диссоциация карбонатов.
Наличие указанных высокореакционноспособных минералов предопределяет
высокую химическую активность ТХАЛ в составе массы для получения
силикатного ячеистого бетона при ее гидротермальной обработке.
Установлено, что водопоглощение газосиликатных образцов из ТХАЛ
находится в прямой зависимости от активности массы: при режиме 3+5+3 ч, с
В/Т-0,40 с увеличением активности значение водопоглощения увеличивается т.е.
при активности смеси 13 % из расчета СаО водопоглощение составляет 27,1 %
(при плотностью 1000 кг/м3), при 23-39,5 %, а для оптимальной активности 1728,5 %. Образцы из природного лесса при максимальной активности 23 % имеют
водопоглощение 42,5 %. Следовательно,
27
использование ТХАЛ в производстве газосиликата обеспечивает снижение
влажности и водопоглощения изделий, что весьма важно с точки зрения
повышения их атмосфероустойчивости и морозостойкости.
Выявлено, что газобетон из ТХАЛ выдерживает более 36 циклов
попеременного замораживания и оттаивания, тогда как образцы из природного
лесса, при равных условиях смогли выдержать только 12-15 циклов. Высокой
морозостойкости изделий из газосиликата на основе ТХАЛ способствует
образование гидросульфоалюминатов, высокросновных гидросиликатов кальция
типа СгБЩА) и Сг8Н(С). Для изучения атмосферостойкости ячеистого бетона,
исследуемую партию образцов из ТХАЛ и природного лесса хранили при
постоянной комнатной температуре. Испытание на прочность при сжатии
производили через 1, 6, 8 месяцев после гидротермальной обработки.
Установлено, что прочность образцов на основе ТХАЛ а через 8 мес. почти не
изменилась, она у образцов с плотностью 500-750 кг/м после автоклавирования
составила 3,95-7,2 МПа.
Образцы ячеистого бетона из ТХАЛ проявили высокую атмо-сферостойкость:
при плотностью 500 кг/м3 после 100 циклов снизили прочность всего лишь на
0,55 МПа, а у образцов с плотностью 750 кг/м3 после стольких циклов показатели
прочности не изменились, а прочность образцов из природного лесса снизилась
на 50 %. Определение атмосферостойкости образцов в аппарате искусственная
погода показало, что через 30 циклов, которое приравнивается к 1 условному
году, при внешнем осмотре образцы не имеют каких-либо заметных трещин.
После 2-х лет испытаний в образцах газосиликата из ТХАЛ не отмечены какиелибо признаки разрушения, тогда как у образцов из природного лесса имеются
трещины и разрушение по углам.
Исследования показали высокую устойчивость образцов из ТХАЛ также к
воздействию растворов сернокислого натрия, что можно объяснить тем, что в
процессе гидротермальной обработки образующиеся кристаллы гидросульфоалюминатов кальция заполняют микротрещины и поры газосиликата и
предотвращают тесный контакт с агрессивной средой. Кроме того, из-за
отсутствия в составе газосиликата свободных СаО и гидроалюминатов,
исключается возможность протекания обменной реакции между Са(ОН)г и
Na2SO4C образованием двуводного гипса, а также№2804с гидроалюминатми, что
исключает возможность образования гидросульфоалюминатов кальция, которые
в определенном количестве могут вызвать внутренние напряжения в уже твердом
искусственном конгломерате, которые спровоцируют снижение прочности. В
растворах сернокислого магния происходит образование тонкой пленки из
гидрата оксида магния при взаимодействии MgSO4 с гидросиликатами кальция,
которая на поверхностном слое ячеистого бетона покрывает поры и
препятствуют в некоторой мере проникновению агрессивного раствора во
внутренние слои.
28
Таким образом, ячеистый бетон из ТХАЛ выдержал все виды испытаний и его
можно считать весьма долговечным силикатным строительным материалом.
Седьмая глава отражает результаты производственных испытаний по
использованию ТАЛ- и ТХАЛ в производстве силикатного кирпича и ячеистого
бетона. Производственные испытания по возможности получения силикатного
кирпича из смеси барханного песка и извести-кипельки с добавкой ТАЛ
проводились в цехе по производству силикатного кирпича Ургенчского завода
строительных материалов. В качестве базы для сравнения приняты показатели
силикатного кирпича, выпускаемого на данном предприятии из известковопесчаного-вяжущего.
Кроме ТАЛ в качестве добавки к заводскому известково-песчаному вяжущему
использовали также двуводный гипс (5 %) и БНГК.
В период выпуска опытных партий силикатного кирпича активность
заводской ИПС составляла 11,5-12,5 %. Прочность кирпича-сырьца колебалась в
пределах от 0,3 до 0,45 МПа. Партию кирпича погружали на вагонетки
вперемежку с кирпичом из заводской смеси, после чего их загружали в автоклавы
для гидротермальный обработке при давлении пара 0,8 МПа и температуре 170175 °С по режиму 3+8+3 ч.
При этом снижение активности смесей опытных составов не снизила
прочность кирпича как на изгиб, так и на сжатие, а через месяц твердения она
даже существенно увеличилась. Морозостойкость опытных образцов с ТАЛ
составила более 15 циклов, а образец заводского кирпича оказался не
морозостойким, его углы в период испытаний отвалились. Более высокое
водопоглощение (18 %) опытного кирпича, чем у заводского (9,2 %) обеспечивает
высокую прочность сцепления кирпича с кладочным цементно-песчаным
раствором вследствие взаимного врастания продуктов гидратации силикатного
кирпича в поры кладочного раствора и наоборот, а также срастания с
кристаллических
продуктов
родственной
структуры
{портландита,
гидросиликатов, гидросульфоалюминатов и т.д. с образованием прочного
монолитного слоя на границе поверхности раздела.
Образцы из смеси с активностью 10,4 % показали марку 100, а с активностью
8,3 с добавкой ТАЛ-марку 150, т.е. при активности смеси на 2 % ниже заводской,
составы с ТАЛ имеют марку кирпича выше.
Следовательно, введение ТХАЛ ускоряет химическое взаимодействие
компонентов, в результате до стадии изотермической выдержки алюминаты
связываются сульфатом кальция и гидроксидом кальция в трехсульфатный
гидросульфоалюминат, в результате создаются благоприятные условия для
повышения степени растворения кремнезема и его взаимодействие с Са(ОН)2 с
образованием гидросиликатов кальция различной основности. Этому процессу
благоприятствует также присутствие в твердеющей системе «барханный песокизвесть-ТХАЛ» мелких частиц песка. В результате формируется прочная
микроструктура силикатного кирпича, представленная
29
игольчатыми кристаллами и кристаллоагрегатами
гидросульфоалюминатов и гидросиликатов кальция
(рис.6).
Рис.6. Электронные микрофотографии образцов из силикатных смесей
активностью 8,3 % по СаО и MgO: 1-образец после автоклавирования
заводской ИКВ; 2-образец после автоклавирования ИКВ модифицированной
15%ТХАЛ
На основе результатов опытно-промышленных испытаний предложено
внедрение технологической схемы производства силикатного кирпича из
известково-кремнеземистой смеси, модифицированной ТХАЛ на Ургенчском
заводе. Новизной в данной технологии является введение ТХАЛ не в 2-х вальную
мешалку, куда подается песок и известь, а после гасильных силосов, что
обеспечивает схватывание и твердение ТХАЛ с СаО и MgO в процессе формовки
и в автоклавах.
Апробация результатов исследований по получению ячеистого силикатного
бетона на основе термически активированной смеси лесса и фосфогипса
проводилась в цехе ячеистого бетона. Смесь, состоящую из лесса и фосфогипса
(4:1) подвергали термоактивации при 650 °С в течение 1 ч.
Вяжущее из извести Ургенчского завода и ТХАЛ подавались в
газобетономешалку, куда наливалось отдозированное количество воды и
алюминиевая пудра /ПАК-3/. Вспучивание смеси начинается сразу же после
заливки и заканчивается примерно через 30 минут от начала затворения. Срезку
горбушки изделия осуществляли через 3 часа, когда пластическая прочность
газобетонной смеси достигла определенного предела. Гидротермальная
обработка осуществлялась в заводском автоклаве совместно с заводскими
пенобетонными теплоизоляционными плитами. Режим тепловой обработки
3+8+4 при 8 атм, где 3 ч.- подъем до 172-175 °С, 8 ч.- выдержка, 4 ч.- спуск
давления и температуры.
При этом наибольшая прочность (ср. 7,6 МПа) получена при плотность 700
кг/см3; при повышении плотностью до 900 кг/м3 прочность увеличивается
незначительно (ср. 7,8-8,5 МПа).
Замена песка на ТАЛ снижает активность силикатной смеси на 4-5 %, что
приводит к снижению расхода извести на 15-20 %, следовательно, на 100 кг смеси
снижение стоимости силикатной смеси составляет 2320 сум.
30
Экономический эффект на выпушенный опытно-промышленный объем 3460 шт.
силикатного кирпича составил 110720 сум (по ценам 2007 г).
Для расчета экономической эффективности производства силикатного
ячеистого бетона использовали калькуляцию силикальцитных изделий
Джизакского комбината строительных материалов за 2006 год.
Средний выпуск силикатных изделий на Джизакском комбинате
строительных материалов составляет порядка 64300 м3 в год. Тогда ожидаемый
экономический эффект составит в 46937000 сум в год.
Применение ТХАЛ- известковой смеси для получения конструктивных,
конструктивно-теплоизоляционных и теплоизоляционных материалов при одних
и тех же затратах на капитальные вложения приводит к более низкой
себестоимости, чем при использовании природного лесса и улучшает
эксплуатационные свойства силикатного ячеистого бетона.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Разработан научно-обоснованный методический подход к вопросу
повышения строительно-технических свойств силикатных материалов авто
клавного твердения путем улучшения их физико-технических и физикохимических свойств созданием условий для целенаправленного протекания
процесса структурообразования известково-кремнеземистых смесей при их
гидротермальной обработке, за счет введения термо- и термохимически
активированных лессовидных пород, обеспечивающих формирование силикатных изделий с повышенной эксплуатационной надежностью, предназначенных к
использованию в регионах с высокой сейсмичностью, минерализации грунта и
грунтовых вод Определены химико-технологические параметры изготовления
силикатных масс и изделий по ресурсосберегающей технологии.
2. Установлено, что растворимые неорганические соли (хлористые,
карбонатные и сульфатные соли) повышая растворимость Са(ОН)2 ускоряют
его химическое взаимодействие с кремнеземом при гидротермальной
обработке ИКВ, благодаря чему создаются благоприятные условия для
интенсивной кристаллизации гидросиликатов кальция при сокращенных
режимах изотермической выдержки, что создает предпосылки для
разработки энергоэкономичной технологии формирования силикатных масс,
получения на их основе вяжущих материалов и изделий автоклавного
твердения с вовлечением в их производство природные и техногенные сырьевые
ресурсы, содержащие различные растворимые неорганические соли.
3. Экспериментально установлены основные причины низкого качества
силикатного кирпича на основе барханных песков и создана научная основа
для улучшения его технико-эксплуатационных свойств путем целенаправленного
синтеза оптимальной структуры при гидротермальной обработке
31
системы «известь-барханный песок» и ее облагораживание введением термоактивированных добавок (лесса и БНГК), содержащих SiO2 и А12ОЭ в высокореакционном состоянии. Разработаны эффективные составы силикатной смеси и
технология получения силикатного кирпича с улучшенными техникоэксплуатационными свойствами во взаимосвязи с технологическими
параметрами его изготовления, активности смеси, величины прессового давления
при формовке, вида и дозы вводимых активных минеральных добавок. Отмечено,
что наиболее оптимальными, обеспечивающими высокие показатели прочности и
морозостойкости силикатного кирпича, рекомендуемые к промышленному
производству, являются составы ИКВ с активностью 9-8,5 % по сумме СаО и
MgO, обеспечивающие его марку не ниже 100, водопоглощения 15-18 %,
морозостойкости-более 15 циклов, включающие 15-20 % ТХАЛ или 10-15 %
БНГК. Установлено что влияние последнего на процесс формирования физикохимических и физико-механических свойств при гидротермальной обработке
силикатной массы идентично с ТАЛ и вследствие активного участия в процессе
связывания извести и ускорении процесса структурообразования он способствует
повышению прочности силикатного кирпича как при сжатии, так и при изгибе,
что обеспечивает его высокую сцепляемость с кладочным раствором, стойкость
против воздействия циклических перемен климатических условий и мороза.
Разработана технология получения силикатного кирпича с улучшенными
свойствами на местных сырьевых и техногенных ресурсах-барханных песках,
термически активированных лессовых породах. Эффективность предлагаемой
технологии заключается в том, что добавка ТАЛ вводятся в известково-песчаную
смесь после гашения извести-кипелки в гасильных силосах, а затем, смесь
направляется на прессование кирпича.
4. Разработана и апробирована в промышленных условиях методика
определения прочности силикатного кирпича из силикатных смесей в
зависимости от ее активности, количества вводимых добавок, давлении при
формовке и автоклавной обработки в идентичных условиях образцов-кубов
размерами ребер 5,0 см с использованием свойственных им переводных
коэффициентов, позволяющих получить результаты для условного и модульного
кирпичей. Предлагаемая методика ввиду малой емкости лабораторного автоклава
(10 л) позволяет одновременно вести автоклавирование пять различных составов
силикатных смесей по три образца-куба. Данная методика рекомендуется, как
универсальная, к использованию для исследования всех видов прессованных
силикатных изделий.
5. Выявлены структурообразующие факторы
и изменения состава
твердожидкой фазы в системе «барханный песок-известь» при введении
химически активных минеральных добавок, обеспечивающих ускоренное
протекание и полноту физико-химических реакций взаимодействия между СаО,
SiO, AI2O3, ҒегОз с образованием высоко- и низкоосновных гидросиликатов и
гидроалюмосиликатов кальция, которые представлены гиро-
32
литом, ксонотлитом, тоберморитом, кубическим гидроалюминатом в смеси с
моногидрокарбоалюминатом кальция и гидрогранатом. Отмечено, что структура силикатного кирпича, содержащего добавку ТАЛ и гипс, подобна структуре цементного камня длительного твердения, представлена довольно
плотной упаковкой кристаллических продуктов новообразований, которые
переплетаясь и растворяясь друг в друге образуют блочно-ритмическую
структуру, обеспечивающую высокую прочность и эксплуатационную
надежность силикатного кирпича. Установлено, что за счет некоторого
увеличения количества новообразований и зарастания пор кристаллическими
продуктами гидратации, что свидетельствует о продолжающемся процессе
гидратации под воздействием атмосферных осадков, прочность силикатного
кирпича при длительном твердении постепенно повышается.
6. Методом математической обработки экспериментальных данных
установлена оптимальная доза вводимого в известково-песчаную смесь ТАЛ,
которая составляет 19,4 % от массы. Отмечено, что введение такого количества
добавки, имеющей высокую пористость, увеличивает водопоглощение
силикатного кирпича, что обусловливает ускоренное протекание химического
взаимодействия извести, компонентов песка и ТАЛ при гидротермальной
обработке, в результате в 4,4 раза повышается прочность сцепления кирпича с
кладочным раствором (0,133 МПа) по сравнению с прочностью сцепления
(0,03 МПа) заводского силикатного кирпича. Результаты исследований
апробированы путем выпуска опытной партии силикатного кирпича на
Ургенчском заводах строительных материалов, где результаты лабораторных
исследований нашли свое положительное подтверждение.
7. Выявлено влияние различных химико-технологических факторов (В/Т,
активности массы, температуры воды затворения) на кинетику и длительности
периода коагуляционного структурообразования при гидратации
лессоизвестковых смесей. Отмечено, что оптимальными значениями В/Т,
обеспечивающими высокие структурно-механические свойства масс, имеющих
одновременно малый тиксотропный период коагуляционного
структурообразования, являются 0,40 и 0,45. Высокие значения В/Т (0,50-0,55)
рекомендуется для получения из лессоизвестковых смесей теплоизоляционных
изделий автоклавного твердения с малыми расчетными напряжениями.
Показано, что наиболее малый тиксотропный период коагуляционного
структурообразования характерен для лессоизвестковых масс с активностью 23
%. Наиболее технологичными являются смеси из природного лесса и известикипелки, затворенные водой с температурой 50-60 °С. При повышении
температуры воды свыше 70 °С на изделиях появляются трещины и они
получаются дефектными.
Выявлена зависимость структурно-механических свойств лессоизвестковых
масс от наличия в них активных минеральных добавок-глиежа и ТХАТ,
которые почти не влияют на тиксотропный период коагуляционного
структурообразования, но способствуют нарастанию пластической проч-
33
ности и сокращают период упрочнения структур. Наиболее высокие значения
пластической прочности (0,487-0,98 МПа) получены при добавке 30-50 %
глиежа и ТХАТ. Добавка 10-30 % туффитов природной влажности в лессоизвестковую смесь удлиняет период формирования структур на 0,5-1,5 ч.
8. Установлена взаимосвязь между формированием прочностных свойств
ячеистого бетона на основе ТХАЛ и активностью газобетонной массы,
оптимальная активность которой, обеспечивающей высокие показатели
механической прочности, составляет 17 % из расчета активного СаО.
Отмечено, что использование ТХАЛ как основного сырьевого компонента
массы для получения ячеистого силикатного бетона обеспечивает сокращение
тиксотропного периода коагуляционного структурообразования и быстрое
нарастание пластической прочности, что способствует сокращению времени
созревания массы бетона перед гидротермальной обработкой. Выявлено, что
силикатные массы на основе ТХАЛ готовятся при значительно низких В/Т, чем
массы на природном лессе, они характеризуются быстротой теплопередачи
между частицами от внешних слоев изделия во внутренние, что способствует
интенсивному протеканию реакции взаимодействия составляющих ТХАЛ с
известью с образованием гидратных соединений формирующих достаточно
высокую прочность изделий, что позволяет сократить режим их
гидротермальной обработки.
Установлено, что для выравнивания температуры и давления по всей
толщине образца и окружающей среды в автоклаве необходимо времени не
менее 3-х часов. Оптимальный режим автоклавирования ячеистого бетона на
ТХАЛ, составляет 3+8+3 ч при давлении пара 10 атм и он обеспечивает
полноту прохождения реакций взаимодействия кремнезема и глинозема ТХАЛ
с известью с равномерным распределением пор размером от 0,01 до 0,62 мм
между зернами кремнезема, кристаллоагрегатами и кристаллическими
сростками гидросульфоалюминатов низкоосновних гидросиликатов кальция
типа CSH(B), ксонотлита, гиролита, тоберморита, афвиллита, ривер-сайдитта и
гидроалюминатов кальция типа гидрогранатов в ячеистом бетоне.
Отмечено, что наряду низкоосновными гидросиликатами кальция
образуются также и высокоосновные гидросиликаты кальция типа C2SH(A) и
Сг8Н(С), которые обеспечивают высокую морозоустойчивость (более 36
циклов) и атмосферостойкость ячеистого бетона на основе ТХАЛ.
Высокие физико-механические и строительно-технические свойства
ячеистого силикатного бетона на основе ТХАЛ позволяют рекомендовать
использовать его для теплоизоляционных, конструктивно-теплоизоляционных
и конструкционных бетонов с плотностью от 400-1000 кг/м3, прочностью при
сжатии 1,64 до 13,0 МПа, при изгибе -от 1,0 до 2,1 МПа, динамическим
модулем упругости от 17000 до 44300 кг/см2.
34
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ I.
Монографии и статьи, опубликованные в научных журналах
1. Рахимов Р.А. Силикатный кирпич из барханного песка / «ФАН»., изд.
Ташкент. 2005.-140 с.
2.Рахимов Р.А. Физико-химические основы автоклавных силикатных
материалов с улучшенными эксплуатационными свойствами. / «Fan va
texnologiya»., изд. Ташкент 2008.-144 с.
3.Рахимов Р.А., Ботвина Л.М. Фазовый состав силикатного кирпича,
полученного по новой технологии // Узбекский химический журнал.Ташкент, 1998. №6. -С.60-62.
4.Рахимов Р.А., Ботвина Л.М. Улучшение качества силикатного кирпича
из барханного песка // Истеъдод.-Ташкент. 1998. №9(9) -С.25-29.
5.Рахимов Р.А., Ботвина Л.М. Силикатный кирпич на базе барханного
песка для строительства зданий // Архитектура и строительство Узбекистана.
-Ташкент, 1999.№1-2.-С.21-22.
6.Рахимов Р.А., Ботвина Л.М. Способ снижения массы силикатного
модульного кирпича из барханного песка автоклавного твердения //
Архитектура и строительство Узбекистана. -Ташкент, 2000. №4.-С47.
7.Рахимов Р.А. Автоклав кртишдаги таркибларнинг чидамлилиги ва
совуққа бардошлилиги // Меъморчилик ва курилиш муаммолари.-Самарканд,
2005. №3.-55-57 Б.
8.Рахимов Р.А., Атакузиев Т.А. Влияние растворимых неорганических
хлоридных солей на процессы твердения и свойства силикатного кирпича //
Химия и химическая технология. -Ташкент, 2006.№2.-С.16-19.
9.Рахимов Р.А., Атакузиев Т.А., Омарова С.Д. Влияние технологических
параметров на новообразования и свойства известково-кремнеземистых
материалов //Композиционные материалы. -Ташкент, 2006. №2. -С.20-23.
10.Рахимов Р.А. Композиции для силикатного кирпича из барханного
песка // Композиционные материалы. -Ташкент, 2006.№2.-С.34-37.
11.Рахимов Р.А. Физико-механические свойства силикатного кирпича в
зависимости от состава шихты, температуры обжига и времени твердения //
Проблемы архитектуры и строительства.- Самарканд, 2006.ЖЗ.-С.56-58.
12. Рахимов Р.А. Влияние минеральных напольнителей на физикомеханические свойства ячеистого бетона // Вестник ТашГТУ. -Ташкент,
2006.№4.-С.109-111.
13.Рахимов Р.А., Атакузиев Т.А. Влияние растворимых неорганических
карбонатных солей на процессы твердения и свойства силикатного кирпича //
Узбекский химический журнал. -Ташкент, 2006. №6.-С.40-46.
14.Рахимов Р.А. Электролитовые добавки для ускорения автоклавного
твердения силикатного кирпича на основе барханных песков // Химия и
химическая технология. -Ташкент, 2007. №1. -С.6-10.
35
15.Рахимов Р.А., Атакузиев Т.А. Влияние некондиционного кремнечем истого сырья на свойства силикатного изделия // Архитектура и
строительство Узбекистана. -Ташкент, 2007. №1 ,-С. 10.
16.Рахимов Р.А. Получение известково-силикатных материалов из
сырьевых смесей в автоклавных условиях // Композиционные материалы.Ташкент, 2007. №1. -С.20-23.
17.Рахимов Р.А. Технологические аспекты производства ячеистого
бетона из лессовидных суглинков Узбекистана // Вестник ТашГТУ.-Ташкент,
2007.№1.-С.126-128.
18.Рахимов Р.А. Влияние дегидратированного лесса на физико-механи
ческие свойства ячеистого бетона // Химия и химическая технология.Ташкент, 2007. №2. -С. 18-20.
19.
Рахимов Р.А. Влияние двуводного гипса, вводимого в сырьевую
смесь силикатного кирпича, на кинетику твердения и фазовый состав ново
образований // Узбекский химический журнал.-Ташкент, 2ОО7.№5. -С.29-33.
20.
Рахимов Р.А. Влияние химико-технологических факторов на
структурообразование силикатной массы на основе лесса // Строительные
материалы.-Москва, 2008. №2.-С.52-54.
21.
Рахимов Р.А. Оптимальный режим автоклавирования ячеистого
бетона на основе термохимически активированного лесса // Химия и
химическая технология. -Ташкент, 2008. №3. -С.12-15.
22.
Рахимов Р.А. Изменение пластической прочности лессовоизвестковой смеси при введении минеральных добавок // Строительные
материалы. -Москва, 2008. №6.-С.42-43.
23.
Рахимов Р.А. Получение известково-силикатных материалов в
автоклавных условиях // Химическая технология. -Москва, 2008. Т 9, №12.С.62-64.
II. Авторские свидетельства и патенты на изобретения
24. Предварительный патент №4698. РУз. Сырьевая смесь для
силикатного кирпича автоклавного твердения / Рахимов Р.А., Ботвина Л.М. Опубл.//Б.И.1997.№4.
25. Предварительный патент №4862. РУз. Способ производства
силикатного кирпича автоклавного твердения / Ботвина Л.М., Рахимов Р.А. Опубл.//Б.И.1998.№1.
III. Статьи, опубликованные в сборниках научных трудов, тезисы,
депонированные рукописи, рефераты, информации и аннотаций,
опубликованные в научных журналах
26.
Ботвина Л.М., Рахимов Р.А. Использование отходов производства
обожженного кирпича в изготовлении силикатного кирпича автоклавного
твердения // Материалы научно-техн. конф. (с межд. участием в
Государственном горном институте) «Истиқлол» «Проблемы и перспективы
химии и химической технологии» (29-31октябр Навои 1998) -С.109-110.
36
27.Ботвина Л.М., Рахимов Р.А. Прочность сцепления силикатного кирпича с
кладочным раствором на отрыв // Меъморчилик ва бинокорлик илмининг долзарб
муаммолари. (илмий ишлар тўплами).-Ташкент, 1998.-С.31-33.
28.Ботвина Л.М., Рахимов Р.А. Подбор состава шихты для силикатного
кирпича из барханных песков // Меъморчилик ва бинокорлик илмининг долзарб
муаммолари (илмий ишлар тўплами). -Ташкент, 1998. -С.33-36.
29.Ботвина Л.М., Рахимов Р.А. Ячеистый бетон из барханных песков //
Сборник трудов научно-технический конф. -Ташкент, 2000. -С. 17.
30.Рахимов Р.А., Ботвина Л.М. Физико-химические свойства ячеистого бетона
из барханных песков // Тр. НТК. ТХТИ/.1Х «Илмий-назарий ва техникавий
анжуман».-Ташкент, 2000.-С.18.
31.Рахимов Р.А., Ботвина Л.М. Снижение массы силикатного модульного
кирпича автоклавного твердения из смеси барханного песка и добавки
дегидратированной лессовой породы // Сборник трудов научно-техн. конф.
«Новые неорганические материалы». Том 2. -Ташкент, 2000. -С.40-42.
32.Рахимов Р.А., Атакузиев Т.А. Косимова С.С. Применение гидрофобных
беложгучих карбонатных пород для улучшения качества силикатного кирпича //
Сборник трудов респ. научно-техн. конф. «Современные технологии переработки
местного сырья и продуктов».-Ташкент, 2005. -С. 204-206.
33. Рахимов Р.А. Силикат буюмлг»' ишлаб чикаришда дастлабки
махаллий хом ашёлар // «Архитектура-қурилиш фани ва давр». (илмий ишлар
тўплами). 2-кисм.-Ташкент, 2006.-19-21 Б.
34. Рахимов Р.А. Влияние минеральных напалнителей на физикомеханические
свойства силикатного кирпича // Межд. научно-практ. конф. «Инновация -2006» Ташкент, 2006.-С.127-129.
35. Рахимов Р.А., Атакузиев Т.А. Улучшение физико-механических свойств
силикатного кирпича автоклавного твердения на основе извести и барханного
песка // Межд. научно-техн. конф. Высокие технологии и перспективы
интеграции образования, науки и производства Том1 .-Ташкент, 2006 -С.355-358.
36.Рахимов Р.А., Атакузиев Т.А. Влияния растворимых неорганических
сульфатных солей на процессы твердения и свойства силикатного кирпича //
Межд. научно-техн. конф. Высокие технологии и перспективы интеграции
образования, науки и производства Том2. -Ташкент, 2006. -С.377-379.
37.Рахимов Р.А. Исследование процесса структурообразования известковопесчаной смеси с химически активными добавками // XVI анъанавий илмийамалий анжуман. "Архитектура курилиш фани ва давр".-Ташкент, 2007. -С.76-78.
38.Рахимов Р.А. Влияние минералогического состава песка на свойства
ячеистого бетона // XVI анъанавий илмий-амалий анжуман. "Архитектура
курилиш фани ва давр". -Ташкент, 2007. -С.73-75.
39.Рахимов Р.А., Хасанова М.К., Искандарова М. Ячеистый силикатобетон с
повышенной сейсмостойкостью // Халқаро илмий-амалий конф. Архитектура
физикаси фанининг бугунги холати, муаммолари ва келажак вазифалари. Ташкент, 2007. -С. 139-140.
37
40.Рахимов Р.А, Влияние водорастворимых полимеров на формавание
структурно-механических свойств лессоизвестковой смеси для получения
(Чеистого бетона // Халкаро илмий-амалий конф. Архитектура физикаси
фанининг бугунги холати, муаммолари ва келажак вазифалари. -Ташкент,
2007.-С. 172-173.
41.Рахимов Р.А. Влияние различных добавок на структурно-механичес
кие свойства автоклавных материалов // Межд. научно-техн. конф. «Строи
тельная механика и расчет конструкции» Книга-3.-Самаранд-2007.-СЛ 17-119
42.Рахимов Р.А. Влияние минералогического состава песка на свойства
ячеистого бетона // Межд. конф. по химической технологии (посвящается
100-летию со дня рождения академика Н.М.Жаворонкова). Региональная
Центрально-азиатская Всероссийский симпозиум по химической технологии.
6-8 июнь-Ташкент. 17-23 июнь -Москва, 2007.-С.103-105.
43.Рахимов Р.А., Атакузиев Т.А. Влияние ускорителей твердения на
свойства силикатного кирпича // Межд. конф. по химической технологии
(посвящается 100-летию со дня рождения академика Н.М.Жаворонкова).
Региональная Центрально-азиатская Всероссийский симпозиум по химичес
кой технологии. 6-8 июнь-Ташкент, 17-23 июнь-Москва, 2007.-С. 105-108.
44.Рахимов Р.А., Искандарова М. Механизм структурообразования при
твердении лессо-известковых вяжущих автоклавного твердения // Респ. НТК
с участием зарубежных ученых.: «Получение нанокемпозитов, их структуры
и свойства. -Ташкент, 2007.-С.106-108.
45.Рахимов Р.А. Кинетика твердения и фазовый состав новообразований
силикатного кирпича в присутствии гипса и глинистых минералов // Респ.
научно-техн. конф. Институт общей и неорганической химии АН.РУз.
-Ташкент, 2007.-С.122-125.
46.Рахимов Р.А. Влияние активных минеральных добавок на свойства
силикатных материалов автоклавного твердения // Сб. трудов респ. научнотехн. конф. «Современные технологии переработки местного сырья и
продуктов».-Ташкент, 2007. -С.224-226.
47.
Рахимов Р.А. Факторы, влияющие на некоторые технологические
свойства силикатного кирпича // Респ. межвузовский сборник. «Актуальные
вопросы в области технических и социально-экономических наук».-Ташкент,
2008.-С.193-198.
, 48. Рахимов Р.А. Исследование структурно-механических свойств массы из
термохимически активированного лесса и извести-кипелки //Респ. научнопрак. конф. «Теория и практика композиционных строительных материалов» Ташкент, 2008.-С.88-90.
49.
Рахимов Р.А. Гидротермальная обработка ячеистого бетона из
:рмоактивированного лесса // Межд. научная конф. «Инновация-2008» ашкент, -С.129-130.
50.
Рахимов Р.А. Изучение долговечности силикатных смесей
автоклавного твердения II Сб. трудов респ. научно-техн. конф. «Технологии
переработки местного сырья и продуктов» -Ташкент, -С.250-253.
38
РЕЗЮМЕ
Диссертации Рахимова Рахимбая Атажановича на тему: «Физикохимические основы автоклавной технологии силикатных материалов с
улучшенными эксплуатационными свойствами» на соискание ученой степени
доктора технических наук по специальности 05.17.11-Технология силикатных
и тугоплавких неметаллических материалов.
Ключевые слова: известково-кремнеземистое вяжущее, природный лесс,
термо- и термохимическая активация лесса (ТХАЛ), силикатная масса,
активность, гидротермальная обработка, фазовый состав, микроструктура,
силикатный кирпич, силикатный ячеистый бетон, адгезия, атмосферо-, морозо, сульфатостойкость, ресурсосбережение.
Объекты исследования: силикатный кирпич и ячеистый бетон на
известково-кремнеземистом вяжущем с добавкой ТАЛ и ТХАЛ.
Цель работы: Разработка научно-обоснованных принципов физикохимических основ и ресурсосберегающей технологии получения силикатных
материалов автоклавного твердения с улучшенными технико-эксплуатационными свойствами путем целенаправленного изменения механизма
процессов гидратационного взаимодействия компонентов, кинетики
структурообразования и морфологии гидратных новообразований при гидротермальной обработке известково-кремнеземистых систем введением термо-и
термохимически активированных добавок местного происхождения.
Методы исследования: химический, физико-механический (определение
пластической и механической прочности), физико-химический (рентгенофазовый, ДТА, электронно-микроскопический, ИК-спектроскопический)
методы исследования, гидротермальной и метод термической обработки.
Полученные результаты и их новизна: Разработаны научно-методические
принципы физико-химической основы и ресурсосберегающая технология
получения силикатных автоклавных материалов путем установления
корреляционной зависимости «структура-свойство» и закономерностей
гидратационного взаимодействия минералов в силикатных композициях
«барханный песок-известь-ТАЛ» при гидротермальной обработке. Из-за
быстрого связывания определенной части Са(ОН)2 алюминатными
соединениями в гидроалюминаты кальция ускоряется процесс растворения
кремнезема в насыщенной известковой среде с образованием гидросиликатов
пониженной основности и предупреждается их переход о высокоосновные
гидросиликаты. Образующиеся гидросиликаты типа CSH(B) являются
стабильными в твердеющей системе. Армированный, сросшимися
нитевидными и волокнистыми кристаллами гидратных минералов силикатный
кирпич проявляет высокие физико-механические свойства, атмосферо- и
морозостойкость.
Благодаря исключению пластических свойств глинистых составляющих
лесса при его термохимической активации совместно с фосфогипсом
интенсифицируется процесс газообразования, увеличивается коэффициент
39
использования газообразователя, сокращается длительность процесса
вспучивания, ускоряется структурообразование, сокращается время
изотермического прогрева газобетона, повышается его прочность и
морозостойкость, уменьшается водопоглощение.
Практическая значимость: расширяется сырьевая база для производства
силикатных строительных материалов автоклавного твердения, за счет
масштабного вовлечения широкораспространенных в Узбекистане лессов и
лессовидных суглинков, огромных запасов отхода фосфогипса, достигается
экономия извести, интенсификация и сокращение длительности их изготовления за счет применения ТАЛ и ТХАЛ, обеспечивающего высокие техникоэксплуатационные свойства изделий и конструкций. Результаты исследований
служили нормативной базой для разработки НТД на опытное производство
силикатного кирпича и ячеистого бетона с использованием термо- и ТХАЛ, на
основе которых проведены испытания по выпуску опытных их партий.
Степень внедрения и экономическая эффективность:
Результаты лабораторных исследований проверены в условиях Ургенчского
завода строительных материалов путем выпуска опытной партии силикатного
кирпича в объеме 3460 шт на основе известково-кремнезе-мистого вяжущего,,
содержащего 15-20 % ТАЛ. За счет экономии 4-5 % извести на 100 кг смеси
снижение стоимости силикатной смеси составляет 2320 сум., что позволил
получить 110720 сум экономического эффекта. При переводе Ургенчского
ЗСМ на выпуск силикатного кирпича с добавкой ТАЛ ожидаемый
экономический эффект составит 41472000 сум/год.
Опытно-промышленные испытания, проведенные на Джизакском КСМ по
выпуску опытной партии ячеистого силикатного бетона с использованием
ТХАЛ показало, что себестоимость ячеистого бетона рекомендованного
состава ниже, чем себестоимость традиционного ячеистого силикатного
бетона. Ожидаемый экономический эффект при ежегодном объеме
производства 64300 м3 силикатного ячеистого бетона с использованием ТХАЛ
составит 46937000 сум/год
Область применения: промышленность строительных материалов и
стройиндустрия РУз.
Техника фанлари доктори илмий даражасига талабгор Рахимов Рахимбай
Атажанович 05.17.11-"Силикатлар ва қийин эрийдиган нометалл
материаллар технологияси" ихтисослиги бўйича "Эксплуатация хоссалари
яхшиланган силикат материаллар автоклав техноло-гиясининг физиккимёвий асослари" мавзусидаги диссертациянинг
РЕЗЮМЕСИ
Таянч сўзлар: оҳак-кумли боғловчи, табиий лесс, термик ва термокимёвий
фаоллаштирилган лесс (ТКФЛ), силикат массаси, фаоллик,
40
гидротермал ишлов, фаза таркиб, микроструктура, силикат ғишти, ғовакли
силикат бетон, адгезия, атмосфера ва совуққа бардошлик, ресурс тежамкорлик,
сульфатбардошлик.
Тадқиқот объектлари: Термин ва термокимёвий фаоллаштирилган лесс
кўшилган оҳак-кумли боғловчи асосидаги силикат ғишти ва ғовакли бетон.
Ишнинг мақсади: «Оҳак-кум» тизимига термик ва термокимёвий
фаоллаштирилган маҳаллий қўшимчалар кўшиб гидротермал ишлов
берилганда компонентларнинг гидратланиш жараёнидаги ўзаро таъсирлашув
механизмини гидратланган янги хосилаларнинг структура хосил килиш
кинетикаси ва морфологиясини мақсадли ўзгартириш йўли билан техникэксплуатация хоссалари юқори бўлган автоклавда котувчи силикат
материаллар олишнинг физик-кимёвий асосларининг илмий асосланган
тамойиллари ва ресурстежамкор технологиясини яратиш.
Тадқиқот методлари: кимёвий, физик-механик (пластик ва механик
мустаҳкамликни аниқлаш), физик-кимёвий (рентгенофазовий, дифференциал
термик тахлил, электрон-микроскоп ва ИҚ-спектроскопик) тадқиқот усуллари,
гидротермал ва термик ишлов бериш усуллари.
Олинган натижалар ва уларнинг янгилиги: "Бархан қуми-оҳак-ТКФЛ"
силикат композицияларига гидротермал ишлов берилганда минерал-ларнинг
гидратланиш жараёнида ўзаро таъсир кўрсатиш қонуниятлар ҳамда "хоссаструктура" ўзаро боғлиқлигини аниқлаш оркали автоклавда қотувчи силикат
материаллар олишнинг физик-кимёвий асосларини илмий услубий
тамойиллари ва ресурстежамкор технологияси яратилди. Ca(OH)i нинг маълум бир қисмини алюминатли бирикмаларнинг тезликда кальций гидроалюминатларга боғланиши туфайли қумтупроқнинг тўйинган охакли муҳитда
эриш ва паст асосли гидросиликатлар қосил қилиш жараёни тезлашади, юқори
асосли гидросиликатларга ўтиб кетишининг олди олинади, ҳосил бўлган
CSH(B) турдаги гидросиликатларнинг қотаётган тизимдаги турғун-лиги
таъминланади. Уларнинг бир-бири билан чатишиб кетган ипсимон ва
толасимон кристаллари билан синчланган силикат ғиштининг физик-механик
хоссалари, атмосфера ва совуккд бардошлилик кўрсаткичлари юкори бўлади.
Лессни фосфогипс билан биргаликда термокимёвий фаоллаштирилганда
унинг таркибидаги тупрокли компонентлар ёпишкокли хусусиятларини
йўқотиш ҳисобига силикат массасидан газ ажралиб чиқиши тезлашади, газ
хосил қилувчидан фойдаланиш коэффициента ошади, структура шакллани-ши
тезлашади, газобетонни изотермик қиздириш вакти қисқаради, мустаҳкамлиги, совуқка бардошлиги ошади ва сув ютилиши камаяди.
Амалий аҳамияти: Республикамизда кенг тарқалган лесс ва лессимон
суглинкаларни, чиқинди фосфогипснинг катта заҳираларини кенг микёсда
автоклавда котадиган силикат курилиш материаллар ишлаб чиқаришга жалб
этиш хисобига хом ашё базаси кенгаяди, ТКФЛ дан фойдаланиш хисобига оқак
тежалади, тайёрлаш жадаллашади ва олиш вақти қисқаради, буюм ва
жихозларнинг техник-эксплуатация хоссалари юқори бўлиши таъминланади.
Тадкиқот натижалари ТФЛ ва ТКФЛ дан фойдаланиб силикат гишти ва
41
говакли силикат бетонни тажриба сифатида ишлаб чйқарилиши учун меъбрийтехник хужжатлар яратилишида меъёрий база бўлиб хизмат қилади.
Татбиқ этиш даражаси ва иқтисодий сямарадорлиги: Тадқиқот натижалари
Урганч ҚМЗ да текширувдан ўтказилди. Бунда 15-20 % ТФЛ кўшилган оҳакқум боЕЛовчисидан 3460 дона силикат ғиштининг синов партияси ишлаб
чиқарилди. 4-5 % оҳак тежалиши ҳисобига 100 кг силикат аралашмасининг
нархи 2320 сўмга арзонлашди ва 110720 сўм иқтисодий самара олинди. Урганч
ҚМЗ да ТФЛ қўшиб ғишт олишга ихтисослаштирилса кутилган иқтисодий
самарадорлик йилига 41472000 сўмни ташкил этади.
Жиззах ҚМК ТКФЛ дан фойдаланиб ғовакли силикат бетоннинг тажриба
партиясини ишлаб чикариш бўйича олиб борилган синов ишлари йилига 64300
м3 ҳажмда говакли силикат бетон ишлаб чиқарилса, кутилган иқтисодий
самарадорлик 46937000 сўмни ташкил этади.
Қўлланиш соҳаси: ЎзР курилиш материаллари ишлаб чиқариш саноати ва
курилиш индустрияси.
RESUME
Thesis of Rahimova Rahimbaya Atazhanovicha on the scientific degree
competition of the doctor of sciences in 05.17.11 on speciality technology silicate
and tight smelting not metallic material subject: "Physico-chemical bases
autoklavnoy to technologies silicate material with perfected working characteristic"
Key words: lime-silica mixture, natural less, thermo- and thermo chemical
activation lessee (THAL), silicate mass, activity, hydrothermal processing, phase
composition, micro structure, silicate brick, silicate cellular concrete, adgeziy,
atmosphere-, frost-, sulfatostability, resource saving.
Subjects of the inquiry: silicate brick and cellular concrete on lime-silica mixture
with additive THAL.
Aim of the inquiry: Development scientifically-motivated principle physicchemical and resource saving- technologies of the reception silicate material
autoclaving of the repeating over and over again with perfected technician-working
characteristic by way of the goal-directed change the mechanism of the processes
hydratasionnog interactions component, kineticses of the structurization and
morphologies hydrating new formations at hydrotermalno to processing lime-silica
systems by introduction thermo- and thermo chemical of the actuated additives of the
local origin.
Methods of inquiry: chemical, physico-mechanical (the determination plastic and
mechanical toughness), physico-chemical (x-rays phase, DTA, electronicmicroscopic, lK-spectroscopic) methods studies, hydrotermalno processing, method
of the thermal processing.
The results achieved and their novelty: is Designed scientifically-methodical
principles physico-chemical base and resource saving technology of the
42
reception silicate autoclave material by determinations correlation dependencies
"structure-characteristic" and regularities hydratasionnog interactions mineral in
silicate composition "barhan sand-lime-melted" at hydratasionnog to processing.
Because of quick collecting certain portion by Sa(ON)2 alyminat by join process
dissolutions of silica speeds up hydraalyminat calcium in saturated lime ambience
with formation hydrasilikat lowered and is warned their transition about high main
hydra silicates, forming hydra silicates type SSN(In) are stable in hardening system.
Armirovannyy, nitevidnim and voloknnistnimi crystal hydra mineral silicate brick
shows the high factors physico-mechanical characteristic, atmosphere- and frost
stability.
Due to exception plastic characteristic clinics forming lessee under his(its)
thermochemical of the activations with fosfogypsum the process gas of the
formation, increases the utilization ratio gas of the formation, grows shorter duration
of the process вспучивания, speeds up the structurization, grows shorter time an
izotermal aboutgreva gas of the concrete, increases his(its) toughness and frost
stability, decreases waterabsorption.
Practical value: enlarges the source of raw materials for production of the silicate
building materials autoklavnoy repeating over and over again to account of scale
involvement broadly wide-spread in Uzbekistan лессов and lessoseen loam,
enormous spare of the departure fosfogypsum, is reached economy of lime, and
reduction to duration of their fabrication to account of the using THAL, providing
high technician-working characteristic product and design. The Results of the studies
served the normative base for development NTD on pilot production of the silicate
brick and cellular concrete with use thermo- and THAL, on base which is organized
test on issue experienced their party.
Degree of embed and economic effectivity: The Results of the studies are checked
in condition Urgenchskogo ZSM by issue to initial lot of the silicate brick in volume
3460 sht on base lime- silica searched for, with additive 15-20 % TAL. To account
spare 4-5 % lime prime cost, on 100 kgs mixture reduction cost silicate mixture
forms 2320 sum. that has allowed to get 110720 bags of the economic effect. At
translation Urgenchskogo ZSM on issue of the silicate brick with additive TAL
expected economic effect will form 41472000 bags/year.
Experienced-industrial test, called on on Dzhizakskom KSM on issue of the initial
lot of the cellular silicate concrete with use THAL has shown that prime cost of the
cellular concrete of the recommended composition lower, prime cost of the
traditional cellular silicate concrete. Expected economic effect under annual volume
of production 64300 m3 silicate cellular concrete with use THAL will form 46937000
bags/year
Sphere of usage: industry of the building materials and formation industry RUz.
Скачать