Введение к работе
Актуальность работы. Конструкционные и конструкционно-теплоизоляционные силикатные бетоны отличаются от традиционных цементных бетонов меньшей на 15...25% себестоимостью, а также возможностью использования при их производстве местных вяжущих из техногенного сырья, в том числе из горелых пород шахтных отвалов (терриконов), количество которых на территории Донбасса более 1200, а объем горелой породы превышает 2 млрд. м3.
Физико-механические свойства, минеральный и химический состав горелых пород свидетельствуют о том, что они могут быть использованы при производстве растворных и бетонных смесей. В то же время, бетоны с использованием горелопородного сырья широкого применения в производстве строительных материалов и изделий не нашли. Это объясняется, прежде всего, неоднородностью состава и степенью обжига горелых пород, присутствием несго-ревшего угля и недегидратированньгх глинистых частиц (потери при прокаливании), а также сульфатов и сульфидов, снижающих долговечность строительных изделий и конструкций. Для изготовления бетонов рекомендуется использовать хорошо обожженную, спекшуюся породу терриконов, а мелкие фракции, содержащие наибольшее количество указанных примесей, отсеивать в отвал, что в целом не решает проблему комплексной утилизации техногенного сырья. Одним из эффективных путей решения этих задач может быть тонкое измельчение горелой породы, содержащей повышенное количество углистых и глинистых примесей, с последующим использованием. в качестве компонента вяжущего автоклавного твердения.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Выполненная работа является одним из этапов исследований Донбасского НИПТИСП по теме №308.92-93 «Разработка технологии использования полностью перегоревших шахтных пород в производстве строительных материалов» (заказчик - Госстрой Украины) и Донбасской ГАСА, кафедры технологий строительных материалов, изделий и автомобильных дорог по теме №0197U01396 «Разработка и внедрение технологии комплексной переработки техногенных месторождений угледо-эывающей промышленности в высококачественные строительные материалы» (заказчик - Министерство образования и науки Украины) в рамках международной программы технической помощи TACIS и программы Госстроя Украины «Развитие и совершенствование системы ути-чизации отходов угольного производства с целью градостроительного использования террито-эий (рекультивация терриконов)».
Целью работы является теоретическое и экспериментальное обоснование получения горелопородного бетона путем установления закономерностей формирования его микроструктуры, представленной вяжущим на основе извести и горелых шахтных пород с повышенным содержанием потерь при прокаливании и сернистых соединений.
Задачи исследований: изучить физико-механические и химические свойства горелых шахтных пород Донбасса как минерального сырья для автоклавных бетонов, оценить их однородность, а также закономерности изменения свойств горелых пород в зависимости от степени измельчения;
выполнить оптимизацию составов горелопородных вяжущих и бетонов по критерию прочности с учетом свойств горелой породы и условий твердения;
исследовать закономерности гидротермального синтеза горелопородного вяжущего и установить допустимые пределы содержания углистых и глинистых примесей, а также серного ангидрида (п.п.п. и SO3) в тонкомолотой горелой породе;
изучить эксплуатационные свойства горелопородных бетонов и определить область их применения;
разработать рациональную технологическую схему производства известково-горелопородного вяжущего и изделий из автоклавных горелопородных бетонов;
выполнить опытно-промьшшенную проверку и внедрение технологии производства из-вестково-горелопородного вяжущего и изделий из автоклавных горелопородных бетонов; дать экономическое обоснование целесообразности применения в строительстве горелопородных бетонов автоклавного твердения.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:
теоретически и экспериментально показана возможность переработки горелых пород шахтных терриконов Донбасса с широким диапазоном состава и свойств в эффективные компоненты автоклавных бетонов;
физико-химическими исследованиями дополнены представления о процессах преобразования исходного состава отвальной шахтной породы при ее самообжиге в терриконах;
установлено, что примеси в виде органических и недегидратированных минеральных веществ (п.п.п. до 12% по массе), а также сернистых соединений (до 8% по массе в пересчете на SO3), содержащиеся в горелой породе, практически не оказывают влияние на состав продуктов и степень гидратации известково-горелопородного вяжущего автоклавного твердения;
исследованы физико-механические, эксплуатационные свойства и коррозионная стойкость автоклавных бетонов, содержащих горелые породы с повышенным количеством примесей в виде углистых, недегидратированных глинистых частиц и сернистых соединений.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается значениями экспериментальньк данных, полученных на основе современных методов исследований, статистическим анализом полученных зависимостей с доверительной вероятностью 0,95, соответствием результатов лабораторных исследований и промышленных испытаний теоретическим предпосылкам.
Практическое значение полученных результатов:
- разработаны технические условия ТУ 7 Украины 02498168-04-93 «Вещество вяжущее из-
вестковопородное», ТУ 7 Украины 02498168-02-92 «Блоки стеновые из ячеистых породоси-
ликатобетояов для жилых и общественных зданий», ТУ 7 Украины 02498168-001 -92 «Блоки
стеновые из плотных породосиликатобетонов для жилых и общественных зданий»;
выполнена рациональная технологическая схема производства известково-горелопородного вяжущего и изделий из автоклавных горелопородных бетонов для Лисичанского завода «Домостроитель» мощностью 40тыс. квадратных метров жилья в год;
определена экономическая эффективность изделий из горелопородных бетонов автоклавного твердения - годовой экономический эффект при выпуске мелкоштучных стеновых изделий составляет 169,07 тыс.грн.
Личный вклад соискателя состоит в следующем:
выполнен расчет термодинамических характеристик реакций гидратации известково-горелопородного вяжущего и их анализ;
исследованы состав, свойства и гидравлическая активность исходных горелых пород шахтных терриконов Донбасса;
проведена оптимизация состава известково-горелопородного вяжущего и бетонов ка его основе; установлены закономерности формирования структуры горелопородных бетонов в различных условиях гидротерм&тьной обработки;
разработаны технические условия на строительные материалы и изделия из горелых пород.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: «Ресурсосбережение и экология промышленного региона» (г. Макеевка, 1995 г.); «Индивидуальный жилой дом» (г. Винница, 1998 г.).
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 9 научных трудах (7 статей в научно-технических сборниках; 2 - в материалах научно-технических конференций).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 140 наименований на 13 страницах и 5 приложений на 58 страницах. Содержит 112 страниц основного текста, 29 рисунков, 28 таблиц, 18 полных страниц с рисунками и таблицами.
