Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ формирования структуры стеновой керамики с пониженной плотностью 10
1.1. Особенности производства стеновой керамики плотностью до 1000 кг/м 10
1.2. Достоинства и недостатки структурно- технологических свойств стеновой керамики 13
1.3. Основные дефекты стеновой керамики с плотностью до 1000 кг/м 14
1.4. Пути совершенствования структурно-технологических характеристик стеновой керамики с плотностью до 1000 кг/м 15
2. Исходные сырьевые материалы и методики исследований 18'
2.1. Выбор исходных сырьевых компонентов 18
2.2. Характеристики сырьевых материалов 19
2.2.1. Комплексное связующие 19
2.2.1.1. Минераловатные корольки 19
2.2.1.2. Жидкое стекло 27
2.2.2. Флотационный отход углеобогащения 28^
2.2.2.1. Биохимическое вспучивание 28^
2.2.3. Суглинок 38
2.2.4. Алкилсульфат натрия 41
2.3. Методики исследований 42
2.3.1. Выбор вида и размеров контрольных образцов .42
2.3.2. Методика изготовления образцов и подготовки их к испытаниям 44.
2.3.3. Методики исследования реологических свойств сырьевого пеношлама комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью 45
2.3.4. Оптимизация составов комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью 48
2.3.5. Методики подбора режимов сушки и обжига комбинированного материала-сырца ;49
2.3.6. Методика определения физико-механических и эксплуатационных характеристик комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью 50
2.3.7. Методика определения структуры и фазового состава комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью 51
3. Оптимизация выбора состава комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью 55
3.1 .Оптимизация комплексного связующего 55
3.1.1. Изучение свойств оптимального состава комплексного связушего 163
3.2. Оптимизация выбора отощителя 68
3.3. Оптимизация выбора наполнителя 70
3.4. Оптимизация выбора пенообразователя 73
3.5. Расчёт и выбор оптимального состава комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью 81
3.6. Режимы оптимизации сушки и обжига комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью 87
3.7. Оптимизация составов комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью, , 94
3.8. Выводы по главе 102
4. Исследование реологических свойств и процесса био химического вспучивания сырьевого .. 103
4.1. Исследование реологических свойств 103
4.2. Исследование процесса биохимического вспучивания 105
4.3. Выводы по главе 110
5. Исследования структуры и долговечности оптимального состава комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью 111
5.1. Исследования структуры 111
5.1.1. Физико-химические методы исследования
5.1.2. Исследование пористости 127
5.2. Исследования долговечности 130
5.2.1. Испытание на морозостойкость 130
5.2.2. Исследование коррозионной стойкости 133
5.3. Выводы по главе 135
6. Производственная проверка и технико - экономическое обоснование предлагаемой технологии 137
6.1. Выпуск опытной партии мелких блоков из комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью 137
6.2. Технико-экономическая эффективность производства блоков из комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью 140
6.3. Вывод по главе 147
Общие выводы... 147
Список литературы 149
Приложения 167
- Пути совершенствования структурно-технологических характеристик стеновой керамики с плотностью до 1000 кг/м
- Расчёт и выбор оптимального состава комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью
- Исследование процесса биохимического вспучивания
- Технико-экономическая эффективность производства блоков из комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью
Введение к работе
Актуальность работы. Дальнейшее развитие жилищного строительства требует повышенной эксплуатационной надежности конструкционно-теплоизоляционных материалов к которым относятся стеновые обжиговые материалы. От их состояния во многом зависит экономия тепловых и энергетических ресурсов затрачиваемых на создание комфортного микроклимата в жилых, промышленных и общественных зданиях.
Практикой эксплуатации установлено, что срок службы существующих обжиговых конструкционно - теплоизоляционных материалов ниже нормативного.
Цель диссертационной работы. Разработка научно-практической основы изготовления по биохимической технологии комбинированных обжиговых материалов с пониженной плотностью с заданными прочностными характеристиками для использования в качестве конструкционно - теплоизоляционных материалов .
Научная новизна исследований:
- теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность получения конструкционно-теплоизоляционных комбинированных обжиговых материалов с пониженной плотностью на основе техногенных отходов ( минераловатных корольков, низкомодульного жидкого стекла, флотационных отходов углеобогащения, алкилсульфата натрия ) и местных суглинков, при даухстадийной подготовке материала и обеспечении заданных свойств;
- выявлены закономерности протекания процессов биохимического вспучивания во флотационном отходе углеобогащения и в . сырьевой массе для получения комбинированных обжиговых материалов на его основе; - получено комплексное связующие на основе минераловатных \ корольков с Мк= 1,6 и жидкого стекла с п=1,05 и изучен минералогический состав новообразований формирующих структуру этого связующего при двухстадийной термической обработке и влияние их на его свойства;
- получены комбинированные обжиговые материалы с пониженной плотностью на основе комплексного связующего, флотационного отхода углеобогащения, алкилсульфата натрия и местного Сухо-Чалтырского суглинка путем двухстадийной термической обработки;
- изучены процессы протекающие при сушке и обжиге комбинированных конструкционно-теплоизоляционных материалов и выявлено их влияние на формирование минералогического состава новообразований формирующих структуру этих материалов;
- выявлена взаимосвязь между минералогическим составов новообразований формирующих структуру полученных материалов и их свойствами;
- разработана двухстадийная технология получения конструкционно-теплоизоляционных обжиговых материалов и дано ее технико-экономическое обоснование.
Предлагаемые материалы технологичны и являются новыми, ранее не полученными и не применявшимися в отечественной и зарубежной практике. Новизна исследований подтверждена патентами РФ: № 2171240, № 2188175, №2188178.
К защите представлены: теоретические положения и результаты исследований особенностей формирования структуры и свойств комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью на основе: комплексного щелочного связующего ( состоящего из отхода производства минеральной ваты- корольков и сточных вод производства жидкого стекла- низкомодульного жидкого стекла, флотационного отхода углеобогащения, суглинка и пенообразователя - отхода производства синтетических моющих средств - алкилсуль-фата натрия).
способ приготовления комплексного связующего, включающего в качестве основных компонентов: отход минераловатного производства - корольки и щелочной активизатор - отход производства жидкого стекла -низкомодульное жидкое стекло;
способ приготовления комбинированного обжигового материала, с пониженной плотностью;
состав и способ получения пенообразователя (вспенивателя) на основе производства синтетических моющих средств - алкилсульфата натрия; результаты исследования процессов биохимического вспучивания флотационного отхода углеобогащения при участии железобактерий thiobacil-lus ferrooxidans и серобактерий thio bacillus thiooxidans результаты исследований процесса биохимического вспучивания сырьевого пеношлама (при участии железобактерий thio bacillus ferrooxidans) для производства комбинированных обжиговых материалов на основе флотационного отхода углеобогащения, содержащего корольки, низкомодульное жидкое стекло, суглинок и пену на основе алкилсульфата натрия; результаты исследования формирующихся новообразований при взаимодействии компонентов сырьевого пеношлама с низкомодульным жидким стеклом;
- результаты исследования новообразований формирующихся при сушке и обжиге комбинированного обжигового материала на основе комплексного связующего;
- результаты оценки физико - механических характеристик полученного материала;
- результаты комплексных исследований показателей назначения комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью на основе комплексного щелочного связующего;
- технологические особенности производства комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью на основе комплексного щелочного связующего, флотационного отхода углеобогащения, глинистого компонента - суглинка и пенообразователя на основе алкилсульфата натрия;
- технико — экономическую эффективность предложенного материала и результаты её проверки.
Достоверность исследований обеспечена:
- количеством образцов - близнецов в партии, обеспечивающих при фактической статической изменчивости значения исследуемых характеристик с доверительной вероятностью 0.95-0.97, при погрешности 5 ± 1,0 %;
- сходимостью полученных эксплуатационных данных с результатами других исследований;
- использование современных методов исследований ( петрографического, микроскопического, дифференциально-термического и рентгено- спектрального анализов);
- проверкой результатов лабораторных исследований в производственных условиях.
Практическое значение работы. Разработана принципиально новая прогрессивная технология получения недорогих конструкционно-теплоизоляционных материалов - биохимическая технология. Технология позволяет изготавливать комбинированный обжиговый материал с плотностью 630 - 820 кг/м3,пределом прочности при сжатии 3.51 - 5.3 МПа и теплопроводностью 0.07 - 0.17 Вт/(м С).
Разработанная технология позволяет решить проблему утилизации отхода производства минеральной ваты - корольков, сточных вод при производстве жидкого стекла - низкомодульного жидкого стекла, флотационного отхода углеобогащения и отхода производства синтетических моющих средств - алкилсульфата натрия.
Биохимическая технология получения получения обжиговых конструк-ционнно-теплоизоляционных материалов способствует решению экологической проблемы, благодаря очистке водоёмов загрязнённых флотационными отходами углеобогащения и почв, занятых под отвалы минераловатных корольков.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на: республиканской научно-практической конференции « Строительство и архитектура Казахстана в XXI веке ». Алматы, 1999 г. ;
международной научно-практической конференции « Строительство -2000 ». Ростов - на - Дону, 2000 г. ;
Всероссийском научно-техническом семинаре « Проблемы комплексного использования техногенных месторождений угольного ряда ». Ростов - на - Дону, 2000 г. ; международной научно-практической конференции « Строительство -2002 ». Ростов - на - Дону, 2002 г. .
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, включающих тезисы докладов конференций, научные статьи, патенты РФ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений.
Включает 212 страниц машинописного текста, 58 рисунков , 31 таблицу и литературный обзор содержащий 208 источников.
Автор выражает глубокую благодарность: своему научному руководителю с.н.с, к.т.н. В.П. Петрову, директору института Строительной технологии доц. , к.т.н. А.И. Шуйскому, сотрудникам лаборатории ОНИЛ Новых Строительных Материалов м.н.с. Р.Г. Крбашян и инженеру П.Г. Денисову, методисту отдела аспирантуры О.И. Казначеевской, сотрудникам научно-исследовательского института ВНИГРИуголь: зам. директору к.г-м.н. Г.Ю. Коломин-скому, заведующей лабораторией Литолого-Минералогических исследований к.г.-м.н. Л.В. Гипич, с.н.н. к.г.-м.н. В.Г. Коломинской за всестороннюю помощь в процессе выполнения работы.
Пути совершенствования структурно-технологических характеристик стеновой керамики с плотностью до 1000 кг/м
Основными задачами при подборе комплексного щелочного связующего являлось установление оптимального соотношения между основными сырьевыми компонентами (гл.2), с целью создания материала твердеющего по гидравлической схеме и обеспечивающего хорошую спекаемость в интервале температур 950-1000 С.
Для определения зависимости предела прочности при сжатии и плотности связующего от тонины помола приготовлялись корольки с удельными по верхностями: Sya = 1200 см2/г, Syfl = 2000 см2/г, уд = 2400 см2/г. В качестве щелочного компонента применялось жидкое стекло с п = 1,05 и р = 1,134 г/см . На них приготавливались образцы с соотношениями жидкое стекло/корольки (ЖЖ) %:0,05; 0,1; 0,25; I, а также контрольные образцы на чистых корольках и портландцементе. При проведении исследований использовался портландцемент марки 500 ( RCK= 47,5 МПа ).
Приготовленные образцы комплексного связующего были установлены в камеру над поверхностью воды твердеть в течении суток. По прошествии этого срока часть образцов каждого состава была высушена в сушильном шкафу при температуре 105 ± 5 С до постоянной массы и после этого были определены масса, плотность и предел прочности при сжатии. Оставшиеся образцы устанавливались на 7 суток нормального твердения. После 7-ми суток твердения определялись: масса, плотность и предел прочности при сжатии. Данные приведены на графиках рис 3.3 .
Часть образцов каждого состава обжигалась в муфельной печи СНОЛ при t = 950 — 1000 С в течение 4-х ч. После этого были определены." масса, плотность и предел прочности при сжатии обожжённых образцов. Данные приведены на графиках рис 3.4 . Оставшиеся образцы были установлены твердеть ещё в течение 21-х суток в нормальных условиях. После 28-ми суток твердения были определены их массы, плотности и пределы прочности при сжатии. Данные представлены на графиках рис. 3.5 .
Связующие из портландцемента и корольков и образцы из чистых корольков и портландцемента исследовались аналогично образцам комплексного связующего.
Данные исследований шлакощелочных вяжущих на жидком стекле ( метаси-ликате натрия Na20 Si02 ) с разными силикатными модулями и плотностями отечественных и зарубежных исследователей [ 4,6, 8, 11-13, 21, 30-33, 37, 50, 60-63, 66-73, 83, 89, 105-107, 118-121, 139, 141-144, 146, 156, 157, 164, 165, 169, 179 ] и автора представлены на графиках рис 3.1 . Из графиков видно, что вяжущие на низкомодульных жидких стёклах с силикатными модулями п: 1; 1,05; 1,5 имеют значительно более высокие максимальные пределы прочности при сжатии ( 36,8; 43,38 и 50 МПа ) по сравнению с вяжущими на среднемодульных жидких стёклах с n = 2; 2,3; 2,6; 3, имеющими максимальные пределы прочности при сжатии: 38;. 33,8; 29; 25 МПа. Вяжущие на низкомодульных жидких стёклах достигают максимальных значений пределов прочности при сжатии, при значительно меньших плотностях затворителя, равных р = 1,094; 1,15; 1,25г/см " , чем вяжущие на среднемодульных жидких стёклах, достигающих максимальных значений пределов прочности при сжатии при плотностях затворителя: 1,29; 1,3 г/смЛ Всё это обусловлено более лёгким разложением низкомодульных жидких стёкол ( метасиликатов натрия Na20 Si02 ) в присутствии доменных шлаков и корольков в водной среде на NaOH и кремнегель SiC 2 nH20, взаимодействующими со шлаковыми минералами с образованием натриево-кальциевых и кальциевых гидросиликатов различного состава. Состав новообразований, формирующий структуру вяжущих, зависит от химического и минералогиче В результате проведённых исследований установлено, что наиболее целесообразно применять для получения корольково-щелочных комплексных связующих низкомодульное жидкое стекло.
Из графиков рис. 3.2. видно, что высушенные до постоянной массы ( при t =105 ± 5 С) образцы связующих: щелочной активизатор - жидкое стекло и корольки ( с удельными поверхностями: Sya = 1200 см7г, 8уд =2000 см7г, 8уд = 2400 см /г значительно превосходят по пределу прочности при сжатии образцы связующих: щелочной активизатор - портландцемент и корольки с теми же удельными поверхностями. Это обословлено тем, что жидкое стекло более способно по сравнению с портландцементом к гидросиликатообразованию, при взаимодействии с корольками в процессе сушки при t = 105 ±5 С. Диссоциация жидкого стекла на NaOH и кремнегель идёт с большей скоростью, привышающей скорость испарения влаги из образцов связующего. NaOH взаимодействуя с минералами составляющими кристаллическую структуру корольков приводит к образованию натриево-кальциевого гидросиликата и способствует ускоренной гидратации корольковой стеклофазы и геленита 2СаО АІ20з 5і02 с образованием низкоосновного гидросиликата кальция состава CaO SiO H20(B) (CSH(B)) и гидрата геленита 2СаО АІ20з 5і02 пН20. Именно они формируют кристаллическую структуру комплексного связующего на основе жидкого стекла и минерало-ватных корольков и способствуют повышению прочности.
Из графиков рис. 3.3. видно, что обожжённые до t = 1000 С связующие: жидкое стекло - корольки ( с Sya = 1200 см /г, 8уд = 2000 см7г, Sya = 2400 см2/г ) имеют значительно более высокие пределы прочности при сжатии, чем обожжённые до этой температуры связующие: портландцемент -корольки с теми же удельными поверхностями.
Расчёт и выбор оптимального состава комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью
У всех исследуемых составов с К/У от 1,7 до 0,4 в интервале температур от 200 до 600 С, идёт снижение предела прочности при сжатии. Это связано с удалением физически и химически связанной воды из структуры материала, приводящим к разрушению кристаллических решёток образцов. При температуре 600 С начинается процесс выгорания угля, пористость материала увеличивается и следовательно снижаются плотность р и теплопроводность X. При повышении температуры обжига до 1000 С происходит спекание цеолитовой стеклофазы и полный переход нефелина, содалита и натролита в высокотемпературную модификацию а- карнегиит a-Na20 AI203 2Si02; образуются окерманит 2CaO MgO 2Si02 , муллит ЗАІ2О3 2SiC 2 , дистен А120з[8Ю4], оливин (Mg,Fe)2Si04 . Эти минералы формируют структуру полученных материалов. Из графиков на рис. 3.17. видно, что наиболее оптимальными из составов обожженных при 1000 С, для использования в качестве конструкционно-теплоизоляционных материалов являются составы с К/У от 0,2 до 1 так, как их теплопроводность менее 0,175 Вт/(м С) и предел прочности при сжатии находится в интервале от 1,14 до 10,97 МПа, что соответствует требованиям ГОСТа 16371. Единственным недостатком этих материалов является их повышенная плотность от 0,99$ до 1,087 МПа, поэтому возникает необходимость снизить её. Этого можно достичь введением в сырьевой шликер пены. Подбор состава комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью. Для подбора состава были выбраны шихты с К/У=1,7; 1,3;1; 0,6; 0,2. Эти составы были приготовлены так, как описано в п. 3.5 в них вводили пенообразователь алкилсулъфат натрия в виде раствора с концентрацией 1% и воду до получения смеси с Ж/Т=0,25; 0,3 и 0,35. Смешивание до получения однородного пеношлама (без пузырей), производилось в лабораторном смесителе с частотой 900 об/мин, течении 2-х минут. Затем пеношлам заливали в формы с размерами 0,07 х 0,07 х 0.07 м. Образцы выдерживались в формах в течении часа при комнатной температуре для прохождения процесса биохимического вспучивания, а затем сушились при t = 105 ± 5 С до постоянной массы. Высушенные образцы обжигались по режиму гл. 2 до температуры 1000 С.
Физико-механические испытания сырцов и обожжённых образцов производились по методике гл. 2. Результаты испытаний представлены на рис. 3.17. Как видно из графиков пена способствует снижению плотности сырца и следовательно снижению теплопроводности. В интервале температур от 400 до 600 С пена выгорает способствуя росту пористости материала. Плотность и теплопроводность дегидратироватированных вспененных материалов меньше плотности и теплопроводности этих же материалов без пены. .Минералогический состав дегидратированной смеси практически не зависит от добавки пены.
При обжиге до температуры 1000 С сырцов с К/У = 0,2-1 получены конструкционно-теплоизоляционньїе комбинированные материалы с характеристиками: р = 580 - 1010 кг/м\ їісж = 2,5 - 10 МПа, X = 0,05 - 0,12 Вт/(м С).
В результате проведенных исследований установлено, что пена практически не влияет на процесс минералообразования в материале при обжиге доЮОО С. Структуры материалов, то есть кристаллические каркасы сложены: а - карнегиитом а - Na20 AI203 2Si02, дистеном AI203[Si04J; тридимитом Si02, анартитом CaO Al203 2Si02, силиманитом А1203 Si02, муллитом 3Al203 2Si02, оливином (Mg,Fe)2Si04, монтечеллитом CaO MgQ Si02.
В материалах с КУУ = 0,2- 0,6 приобладают: а - карнегиит а -Na20 Al203 2Si02, муллит 3Al203 2Si02 , силиманит AI203 Si02, а в материалах с К/У =0,8-1 приоблада.т дистен AI203[Si04], а - карнегиит а - Na20 AI203 2Si02 и монтечеллит CaO MgO SI02.
3.6. Режимы оптимизации сушки и обжига комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью. Образцы материала, сформованные как описано в п 3.5., устанавливались на сушку в сушильный шкаф ct=105±5C. Время сушки подбиралось в зависимости от величины предела прочности при сжатии кубов с размерами
0,07 х 0,07 х 0,07 м и воздушной усадки балочек 0,04 х 0,04 х 0,16 м. Для измерения линейных размеров материала использовался индикатор часового типа. Измерения линейных размеров сырцов первый раз проводились через 4 -е часа с момента установки образцов в сушильный шкаф и далее через каждые 4-е часа сушки. Физико-механические испытания сырцов производились по методике гл. 2. Результаты исследований представлены на графиках рис. 3.18. .
Из графиков видно, что наименьшая воздушная усадка материала при Ж/Т сырьевой смеси 0,25 - 0,35 соответствует продолжительности сушки - 720 минут. Предел прочности при сжатии образцов в процессе сушки быстрее стабилизируется у образцов, сформованных из сырьевых смесей с Ж/Т соотношениями 0,25 и 0,3 , чем с Ж/Т 0,35.
Образцы, сформованные из сырьевых смесей с Ж/Т 0,25 и 0,3, имеют наибольшие пределы прочности при сжатии 1 и 1,5 МПа после 720 мин. сушки. Образцы, изготовленные из сырьевой смеси с Ж/Т 0,35, имеют наибольший предел прочности при сжатии 0,65 МПа через 480 мин. сушки. Из графиков видно, что идёт снижение предела прочности при изгибе материала в течение всего периода сушки независимо от того, из смеси с каким Ж/Т он сформован. Однако нужно отметить то, что снижение предела прочности при изгибе тем больше, чем выше Ж/Т смеси из которой сформован материал.
Исследование процесса биохимического вспучивания
С целью установления взаимосвязи между физико-механическими характеристиками и структурой комбинированного материала оптимального состава, проводились исследования с использованием: рентгено-спектрального, петрографического, дифференциально-термического методов анализа, электронной микроскопии и ртутной порометрии.
Физико-химические методы исследования. Рентгено-спектральный анализ. Рентгено-спектральный анализ сырьевого пеношлама, сырца высушенного до постоянной массы при t = 105 ± 5 С, материала дегидратированного при t = 700 С, и материала обожжённого до 1000 С проводился по методике [87,122], изложенной в гл. 2. Результаты представлены в табл.5.1 и на рис.5.1. и 5.2.
На рентгенограмме сырьевого пеношлама рис. 5X присутствуют линии кварца Si02 высокой интенсивности с межплоскостными расстояниями : 3.345, 4.263 А и средней интенсивности: 1.818, 2.451, 2.283 А. Гидрослюдистые минералы К АІ2[ОН]2{А18ізОю} пН20 представлены линиями высокой интенсивности с межплоскостными расстояниями: 3.186, 3.248 А и линией малой интенсивности 2.528 А. Пирофиллит Al203 4Si02 H20 представлен линией средней интенсивности 3.033 А. Железосодержащий хлорит ( MgFe)6-2x (Al,Fe) 80H {Si4-2AJOio} присутствует в виде линий средней интенсивности 1.796 А и малой интенсивности 7.053 А. Каолинит АІ20з 28і02 Н20 на рентгенограмме сырьевой смеси представлен линиями малой интенсивности с межплоскостными расстояниями: 1.666 и 1.672 А. Накрит Al203 2Si02 2H20 представлен линией малой интенсивности 1.98 А. На рентгенограмме сырьевой смеси присутствуют линии геленита 2СаО Al203 Si02 малой интенсивности 2.201 , 2.856 А и окерманита 2СаО MgO 2Si02 2.88 А. На рентгенограмме имеются линии пирита FeS2 малой интенсивности с межплоскостными расстояниями: 2.207 и 2.866 А. Окислы железа представлены линиями, бюстит FeO 2.133 А и гематит FeO 2.203 А. Имеется линия пиросонита Ка2СОз СаСОз 2Н20 малой интенсивности с межплоскостными расстоянием 5.044 А. Пенообразователь алкилсульфат натрия R - СЇЇ2 - S03Na представлен линиями малой интенсивности с межплоскостными расстояниями: 2.237 и 4.698 А. На рентгенограмме сырьевой смеси имеются линии окиси натрия/Др с межплоскостными расстояниями 2.026 и 4.433 А. Присутствует линия магнезита MgC03 3.53 А.
На рентгенограмме материала высушенного в сушильном шкафу при температуре 105 С до постоянной массы рис. 5.1 б), уменьшилась интенсивность линий кварца SiC : 3.345, 4.219, 2.46 А; исчезла линия 2.283 А пирит FeS2 присутствует виде линии 2.288 А. Гематит FeO представлен линией малой интенсивности.898 А. На рентгенограмме материала (сырца) высушенного до постоянной массы исчезли линии: пенообразователя - алкил-сульфата натрия R - 0 - БОзИа 2.237 и 4.698 А, пирсонита Na2C03 CaC03 2H20 5.044 А, окиси натрия 2.026 и 4.433 А. Уменьшилась интенсивность линии магнезита MgC03 3.519 А. Каолинит Al203 2Si02 2H20 представлен линиями малой интенсивности с межплоскостными расстояниями: 2.383 и 3.86 А. Появились новообразования: гидросиликат кальция CaO Si02 H20, представленный линией малой интенсивности 1.867 А; гидрат геленита 2СаО Al203 Si02 nH20, присутствующий виде линий малой интенсивности 2.402 А; натролит №гО АІ20з 38і02 пН20, представленный линией высокой интенсивности 3.243 А и линиями малой интенсивности с межплоскостными расстояниями: 2.614,4.891 и 5.622 содалит 3Na20 3Al203 6Si02 2NaCl представлен линией малой интенсивности 3.647 и гидрат нефелина Na20 Al203 2Si02 nH2Q, присутствующий в виде линии средней интенсивности с межплоскостным расстоянием 6.942 А. На рентгенограмме материала,высушенного до постоянной массы,исчезли линии накрита Al203 2Si02 2H20 1.98 А, пирофиллита Al203 4Si02 H20 3.033 А, вследствии взаимодействия этих минералов с жидким стеклом Na20 Si03 с образованием натролита Na2O Al203 3Si0 nH20 и гидрата нефелина t=1000C. На рентгенограмме материала,обожжённого температуры 700 CJ кварц Si02 присутствует в виде линии высокой интенсивности 3.342 А и средней интенсивности 4.243 А и малой интенсивности 1. 815 А. Нефелин Na20 Al203 3Si02 nH20 представлен линией средней интенсивности 2.315 А. и линиями малой интенсивности 1.638, 2.517, 2.566 и 2.994 А. На рентгенограмме присутствуют неуспевшие полностью дегидратироваться минераллы: гидрослюда К А12(ОН2){ AISi з Ою} Н20 представлена линиями 3.163 и 3.19 А, натролит Na20 Al203 3Si02 nH20 присутствует в виде линии слабой интенсивности 4.424 А. Остатки недоразложившегося пирита FeS2 присутствуют в виде линии малой интенсивности с межплоскостным расстоянием 3.525 А. На рентгенограмме имеется линия бюстита FeO 2.123 А и гематита Fe203 2.898 А. Появились новообразования рис. 4.6 в): анартит CaO Al203 2Si02 линия средней интенсивности 1.931 А и линии слабой интенсивности 2.491 и 4.011 А, форстерит Mg2Si04 линия слабой интенсивности 1.527 А, силлиманит Al203 Si02 линия слабой интенсивности 2.453 А . На рентгенограмме присутствуют линии геленита 2СаО Al203 Si02 2.859 А и окерманита 2CaO MgO Si02 2.875 А.
Технико-экономическая эффективность производства блоков из комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью
Идентефикация минералов входящих в состав сырья и формирующих структуру оптимального состава комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью в шлифах, под поляризационным микроскопом производилась при помощи источников [29,38,50, 88., 95 ,111,112-,164]. Рентгеноструктурный анализ выполнялся в лаборатории Рентгеновских Исследований Нерудных Материалов НИИ Физики с помощью просвечивающего микроскопа ЭМБ -100Б методом ступенчатых самооттененных угольных реплик. При подготовке препарата свежий скол образца напылялся слой углерода толщиной 200 А, для этого применялся вакуумный универсальный блок-пост ВУП-20К. При напылении углерода использовался 30% раствор желатина, который наносился на углеродную плёнку. Плёнка отделялась через 3 ч вместе с углеродным слоем и помещалась в воду. Углеродная плёнка промывалась спиртом и дистиллированной водой для отделения желатина. Съёмка проводилась на пластинках для ядерных исследований типа MP. Интерпретация полученных снимков проводилась с помощью источников [29,59, 87 ].
Исследование поровой структуры оптимального состава комбинированного обжигового материала с пониженной плотностью проводилось при помощи метода ртутной порометрии в лаборатории Структурного Анализа Нерудных Материалов НИИ Физики поро-метром низкого давления по методике [39
Оптимизация комплексного связующего. Основными задачами при подборе комплексного щелочного связующего являлось установление оптимального соотношения между основными сырьевыми компонентами (гл.2), с целью создания материала твердеющего по гидравлической схеме и обеспечивающего хорошую спекаемость в интервале температур 950-1000 С.
Для определения зависимости предела прочности при сжатии и плотности связующего от тонины помола приготовлялись корольки с удельными по верхностями: Sya = 1200 см2/г, Syfl = 2000 см2/г, уд = 2400 см2/г. В качестве щелочного компонента применялось жидкое стекло с п = 1,05 и р = 1,134 г/см . На них приготавливались образцы с соотношениями жидкое стекло/корольки (ЖЖ) %:0,05; 0,1; 0,25; I, а также контрольные образцы на чистых корольках и портландцементе. При проведении исследований использовался портландцемент марки 500 ( RCK= 47,5 МПа ).
Приготовленные образцы комплексного связующего были установлены в камеру над поверхностью воды твердеть в течении суток. По прошествии этого срока часть образцов каждого состава была высушена в сушильном шкафу при температуре 105 ± 5 С до постоянной массы и после этого были определены масса, плотность и предел прочности при сжатии. Оставшиеся образцы устанавливались на 7 суток нормального твердения. После 7-ми суток твердения определялись: масса, плотность и предел прочности при сжатии. Данные приведены на графиках рис 3.3 .
Часть образцов каждого состава обжигалась в муфельной печи СНОЛ при t = 950 — 1000 С в течение 4-х ч. После этого были определены." масса, плотность и предел прочности при сжатии обожжённых образцов. Данные приведены на графиках рис 3.4 . Оставшиеся образцы были установлены твердеть ещё в течение 21-х суток в нормальных условиях. После 28-ми суток твердения были определены их массы, плотности и пределы прочности при сжатии. Данные представлены на графиках рис. 3.5 .Связующие из портландцемента и корольков и образцы из чистых корольков и портландцемента исследовались аналогично образцам комплексного связующего.
Данные исследований шлакощелочных вяжущих на жидком стекле ( метаси-ликате натрия Na20 Si02 ) с разными силикатными модулями и плотностями отечественных и зарубежных исследователей [ 4,6, 8, 11-13, 21, 30-33, 37, 50, 60-63, 66-73, 83, 89, 105-107, 118-121, 139, 141-144, 146, 156, 157, 164, 165, 169, 179 ] и автора представлены на графиках рис 3.1 . Из графиков видно, что вяжущие на низкомодульных жидких стёклах с силикатными модулями п: 1; 1,05; 1,5 имеют значительно более высокие максимальные пределы прочности при сжатии ( 36,8; 43,38 и 50 МПа ) по сравнению с вяжущими на среднемодульных жидких стёклах с n = 2; 2,3; 2,6; 3, имеющими максимальные пределы прочности при сжатии: 38;. 33,8; 29; 25 МПа. Вяжущие на низкомодульных жидких стёклах достигают максимальных значений пределов прочности при сжатии, при значительно меньших плотностях затворителя, равных р = 1,094; 1,15; 1,25г/см " , чем вяжущие на среднемодульных жидких стёклах, достигающих максимальных значений пределов прочности при сжатии при плотностях затворителя: 1,29; 1,3 г/смЛ Всё это обусловлено более лёгким разложением низкомодульных жидких стёкол ( метасиликатов натрия Na20 Si02 ) в присутствии доменных шлаков и корольков в водной среде на NaOH и кремнегель SiC 2 nH20, взаимодействующими со шлаковыми минералами с образованием натриево-кальциевых и кальциевых гидросиликатов различного состава. Состав новообразований, формирующий структуру вяжущих, зависит от химического и минералогиче В результате проведённых исследований установлено, что наиболее целесообразно применять для получения корольково-щелочных комплексных связующих низкомодульное жидкое стекло.
Из графиков рис. 3.2. видно, что высушенные до постоянной массы ( при t =105 ± 5 С) образцы связующих: щелочной активизатор - жидкое стекло и корольки ( с удельными поверхностями: Sya = 1200 см7г, 8уд =2000 см7г, 8уд = 2400 см /г значительно превосходят по пределу прочности при сжатии образцы связующих: щелочной активизатор - портландцемент и корольки с теми же удельными поверхностями. Это обословлено тем, что жидкое стекло более способно по сравнению с портландцементом к гидросиликатообразованию, при взаимодействии с корольками в процессе сушки при t = 105 ±5 С. Диссоциация жидкого стекла на NaOH и кремнегель идёт с большей скоростью, привышающей скорость испарения влаги из образцов связующего. NaOH взаимодействуя с минералами составляющими кристаллическую структуру корольков приводит к образованию натриево-кальциевого гидросиликата и способствует ускоренной гидратации корольковой стеклофазы и геленита 2СаО АІ20з 5і02 с образованием низкоосновного гидросиликата кальция состава CaO SiO H20(B) (CSH(B)) и гидрата геленита 2СаО АІ20з 5і02 пН20. Именно они формируют кристаллическую структуру комплексного связующего на основе жидкого стекла и минерало-ватных корольков и способствуют повышению прочности.
