Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ б
ГЛАВА 1. ПРИМЕНЕНИЕ МАГНЕЗИАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ ПРИ
ПРОИЗВОДСТВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 11
1 Л. Анализ применения композиционных строительных материалов на
основе магнезиальных вяжущих 11
1.2, Гидратация оксида магния. Факторы, влияющие на формирование
структуры и свойства затвердевшего камня 14
КЗ. Улучшение физико-механических свойств магнезиальных
композиций модификацией их состава 17
1.4- Использование каустического магнезита при производстве
древесно-магнезиальных композиций 21
1.5. Применение каустического доломита в магнезиальных композиционных
материалах 25
Использование каустического доломита взамен каустическому магнезиту 25
Целесообразность использования составов для закладки выработанных пространстве применением магнезиальных вяжущих 28
Заключение, Постановка цели и задач 35
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 38
2.L Характеристики исходных компонентов 38
2Л . 1. Характеристики и минералогический состав вяжущих компонентов
матрицы 39
2ЛЛЛ. Свойства фторангидрита 39
2.1 Л.2. Химический и минералогический составы ангидритовой породы 40
2ЛЛ.З. Физико-химические свойства каустического магнезита и доломита 41
2.1.2. Основные характеристики карфосидерита 41
2Л -3. Свойства гранулированного металлургического шлака 42
2.2. Приготовление исследуемых составов 43
2.3- Физико-механические методы исследования магнезиальных
композиций ' 43
2.3.L Изучение деформативных свойств модифицированных магнезиальных
композиций 44
2.4. Комплекс методов физико-химических исследований структуры
магнезиальных композитов 45
Рентгенофазовый анализ вяжущего в магнезиальных композициях 46
ИК-спектроскопия магнезиальных композиций 47
Дифференциально-термический анализ магнезиальных композиций 48
2.4.4- Исследования структуры и морфологии разрабатываемых композитов на
растровом электронном микроскопе 49
2.4,5. Рентгеновский фотоэлектронный анализ вяжущей матрицы
в магнезиальных композициях 50
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗШСО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И СТРУКТУРЫ МАГНЕЗИАЛЬНОГО ВЯЖУЩЕГО, МОДИФИЦИРОВАННОГО АНГИДРИТОМ И
КАРФОСИДЕРИТОМ 52
ЗЛ. Оптимизация магнезиального вяжущего, модифицированного
ангидритом 52
ЗЛ Л. Физико-технические исследования вяжущего, модифицированного
ангидритом 52
ЗЛ.2. Микроструктура магнезиального вяжущего, модифицированного
ангидритом - 59
ЗЛ .3- Рентгенофазовый анализ магнезиального вяжущего, модифицированного
ангидритом 60
ЗЛА Ик-спектральный анализ магнезиального вяжущего, модифицированного
ангидритом 63
3.2- Модифицирование магнезиального вяжущего комплексной добавкой
на основе ангидрита и карфосидерита 64
3.2.1. Физико-технические исследования вяжущего, модифицированного
комплексной добавкой 65
3,2-2. Исследование микроструктуры магнезиального вяжущего,
модифицированного комплексной добавкой 73
Рентгенофазовыи анализ магнезиального вяжущего, модифицированного комплексной добавкой 74
Дифференциально-термический анализ магнезиального вяжущего, модифицированного комплексной добавкой 76
ИК-спектральный анализ магнезиального вяжущего, модифицированного комплексной добавкой 78
ГЛАВА 4. МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ДРЕВЕСНО-МАГНЕЗИАЛЬНЫЕ
КОМПОЗИЦИИ 80
4Л, Физико-механические испытания модифицированных
древесно-магнезиальных композиций 80
4.2. Исследование деформационных свойств древесно-магнезиальных
композиций, модифицированных фторангидритом 83
4.3. Микроструктура модифицированных древесно-магнезиальных
композиций 86
Дифференциально-термический анализ магнезиальных композиций, модифицированных фторангидритом 87
Исследование свойств, модифицированной ангидритом древесно-магнезиальной композиции при длительной эксгшуатации....91
Рентгенофазовыи анализ магнезиальной композиции модифицированной фторангидритом после длительной эксплуатации 92
Рентгеновский фотоэлектронный анализ магнезиальной композиции, модифицированной ангидритом 93
4.6. Применение модифицированной древесно-магнезиальной
композиции при производстве бруса 95
5 ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ МАГНЕЗИАЛЬНЫХ ЗАКЛАДОЧНЫХ
СМЕСЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСНОЙ
МОДИФИЦИРУЮЩЕЙ ДОБАВКИ 98
5.1 Физико-технические свойства доломитового вяжущего 98
5.2. Физико-химические исследования доломитового вяжущего 105
Физико-механические характеристики закладочных смесей для заполнения выработанных пространств 111
Микроструктура магнезиальных закладочных смесей,
модифицированных ангидритом и карфосидеритом 114
5.5. Разработка технологической схемы для приготовления магнезиальных
закладочных составов 115
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 119
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 121
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 136
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 137
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 138
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 139
Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время общемировые тенденции развития строительного материаловедения направлены на разработку ресурсосберегающих технологий при производстве строительных материалов с максимальным использованием техногенных отходов. При производстве магнезиальных огнеупоров скапливается значительное количество каустического магнезита, содержащего до 50 % исходного необожженного продукта. Отлавливаемая в циклонах смесь этих продуктов является хорошим связующим при производстве композиционных материалов с использованием различных отходов промышленного производства, таких как: металлургические шлаки, вскрышные породы, отходы химического производства, отходы деревоперерабатывающей промышленности.
В тоже время разработка эффективных материалов на основе каустического магнезита и доломита невозможна без улучшения водостойкости и снижения усадочных деформаций изделий на их основе. Для решения этой задачи необходимо установление оптимальных интервалов соотношений модифицирующих добавок, важных для обеспечения технологических аспектов приготовления и получения требуемых физико-механических характеристик и свойств магнезиальных вяжущих.
Поэтому разработка модифицированных магнезиальных вяжущих, обладающих повышенной водостойкостью и пониженной деформативностыо, является актуальной научной и производственной задачей.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Федеральной целевой программой "Интеграция ", проект № А0014 и в рамках плана НИОКР ЗФ ОАО «Горно-металлургической компании «Норильский Никель» по теме: «Поисковые исследования рецептур и способов приготовления бесцементных
7 закладочных составов для закладки выработанных пространств на рудниках
«Талнаха».
Цель и задачи.
Целью диссертационной работы является научное обоснование повышения физико-технических свойств магнезиальных композиций, модифицированных сульфатными добавками на основе фторангидрита и карфосидерита.
Для реализации поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-произвести подбор добавок для модификации магнезиальных композиций;
определить влияние содержания ангидритсодержащих добавок на структуру и свойства магнезиальных вяжущих;
установить возможность регулирования морфологии новообразований введением карфосидерита;
-произвести оптимизацию состава модифицированного магнезиального вяжущего;
-разработать состав и провести исследования свойств модифицированного древесно-магнезиального композита;
-выявить изменения структуры модифицированных древесно-магнезиальных изделий в процессе эксплуатации;
-разработать состав магнезиальной закладочной смеси с применением комплексной модифицирующей добавки для заполнения выработанных пространств.
Научная новизна.
Научно обоснована и экспериментально подтверждена эффективность
модифицирования магнезиальных вяжущих комплексными
сульфатсодержащими добавками, позволяющая получить на их основе
8 композиционные материалы с повышенными физико-механическими
свойствами в сравнении с существующими аналогами.
Выявлены закономерности и установлены зависимости изменения свойств и структурообразования магнезиальных вяжущих при введении сульфатсодержащих добавок и композиционных материалов на их основе.
Выявлена карбонизация модифицированного магнезиального вяжущего, приводящая к устранению гидроксида магния в ее составе в процессе эксплуатации изделий.
Впервые разработан состав закладочной смеси на основе магнезиального вяжущего с применением каустического доломита, модифицированного природным ангидритом и карфосидеритом для закладки выработанных пространств.
Практическая значимость работы.
Разработаны составы магнезиальных вяжущих, модифицированных ангидритом и железистым кеком (карфосидерит) с прочностью при сжатии до 54 МПа, коффициентом размягчения 0,92 с пониженными и стабилизированными усадочными деформациями.
Разработан состав для производства древесно-магнезиалыюго бруса па основе модифицированной магнезиальной композиции с прочностью 22 МПа и коэффициентом теплопроводности X = 0,21 Вт/м*С,
Впервые разработан бесклинкерный закладочный состав с применением магнезиального вяжущего на основе каустического доломита, модифицированного комплексной добавкой с использованием техногенных материалов.
На защиту выносятся:
- закономерности влияния комплексной модифицирующей добавки, включающей ангидрит и карфосидерит, на физико-технические свойства и структурообразоваиие магнезиальных вяжущих и композиционных материалов на их основе;
- результаты исследований процессов карбонизации модифицированного
магнезиального вяжущего, приводящих к устранению гидроксида магния в ее составе;
составы модифицированного магнезиального вяжущего и древесно-магнезиальной композиции на его осноне с повышенной прочностью водостойкостью и пониженными усадочными деформациями;
впервые разработанный состав закладочной смеси с применением модифицированного магнезиального вяжущего на основе каустического доломита и техногенных материалов в качестве заполнителей.
Достоверность результатов исследований обеспечена использованием действующих государственных стандартов, нормативных документоз и поверенного оборудования, применением современных методов исследования (химического, рентгенофазового, деривато графического, оптико- и элетронномикроскопического анализов) и физико-механическими испытаниями и повторяемостью результатов при большом числе экспериментов.
Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены и доложены на следующих международных и российских конференциях и семинарах:
на XV международной конференции "Ibaustl" по строительным материалам, Веймар, 2003 п;
на 17 Менделеевском съезде по общей и прикладной химии: Материалы и нанотехнологии, Казань, 2003;
на VIII международной конференции по новым строительным материалам, технологиям и конструкциям, Вильнюс, 2004 г;
на VI международной конференции «Окружающая среда и строительство», Вильнюс, 2005 г.;
на ежегодных республиканских научных конференциях КазГАСА (Казань, 2004 - 2005 гг.)-
10 Фактический материал и личный вклад автора.
Диссертационная работа является комплексным исследованием физико-химических свойств модифицированных магнезиальных композиционных материалов, цели и задачи которых, как в теоретическом, так и экспериментальном плане поставлены автором. Основной объём работ проведён в лабораториях кафедр "Геотехника и строительные материалы" и "Химия и химическая технология" ИжГТУ, а также в лаборатории физико-химических исследований института "Термоизоляция" (г. Вильнюс) и лаборатории «Ластрома» предприятия ЗАО «Удмуртгражданпроект». Часть исследований с привлечением специального оборудования, аппаратуры и материалов была осуществлена в других научных учреждениях в г.г. Ижевске, Вильнюсе.
Составы композиционных материалов на основе техногенного сырья являются авторскими разработками. Способы модификации магнезиальных композиций, используемых при приготовлении композиционных материалов, предложены автором совместно с Яковлевым Г.И.
Данные исследований с использованием комплекса методов физико-химического анализа предложенные автором, выполнены совместно с Я. Кере-не, А. Шпокаускас. Автором лично обработаны, проанализированы и обобщены экспериментальные данные и другая информация, полученная в результате проведенных исследований научно-техническая.
Публикации.
По материалам диссертационной работы опубликовано 7 научных работ и докладов в международных, академических и отраслевых журналах и изданиях. Поданы две заявки на патент на изобретение.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы. Общий объем диссертационной работы 139 стр., который включает 59 рисунков, 22 таблицы и 4 приложения. Список литературы включает 149 наименований российских и зарубежных авторов.
