Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 9
1.1 Минерально-сырьевая база развития стройиндустрии 9
1.2 Жилищное строительство в Чеченской Республике 21
1.3 Стеновые материалы на основе местного сырья Чеченской Республики 25
1.4 Применение химических добавок в гипсосодержащих композициях... 29
1.5 Повышение водостойкости гипсовых вяжущих 32
1.6 Выводы к главе 36
2. Методы исследований и применяемые материалы 38
2.1 Методы исследований 38
2.1.1 Рентгенофазовый анализ 38
2.1.2 Изучение свойств мелкодисперсных материалов бетона 39
2.1.3 Определение кинетики тепловыделения 43
2.1.4 Исследование микроструктуры 44
2.1.5 Изучение свойств бетонных смесей и бетона
2.2 Применяемые материалы 49
2.3 Выводы к главе 53
3. Теоретические основы синтеза водостойких вяжущих 54
3.1 Принципы структурообразования водостойких КГВ 54
3.2 Разработка составов гипсосодержащих композиционных вяжущих (КГВ) с минеральными добавками из техногенного сырья
3.2.1 Химический и минерально-фазовый состав зол и шлаков Грозненской ТЭЦ 59
3.2.2 Влияние дисперсности кремнеземсодержащих добавок на свойства КГВ 67
3.2.3 Необходимое количество активных минеральных добавок в составе КГВ 71
3.3 Регулирование процессов твердения КГВ 73
3.3.1 Влияние добавки CaSO40,5H2O на свойства КГВ 73
3.3.2 Влияние химических добавок на свойства КГВ
3.4 Оптимизация структуры и составаКГВ 75
3.5 Выводы к главе з
4. Мелкоштучные стеновые материалы на основе композиционных гипсовых вяжущих 81
4.1 Номенклатура и свойства мелкоштучных стеновых материалов 81
4.2 Проектирование состава мелкоштучных стеновых материалов на основе КГВ 85
4.3 Изучение структуры мелкоштучньтх стеновых материалов 94
4.4 Изучение деформативных свойств мелкоштучных стеновых материалов 98
4.5 Технология производства мелкоштучных стеновых материалов на КГВ 99
4.6 Выводы к главе 103
5. Технико-экономическое обоснование и внедрение результатов исследований 105
5.1 Разработка нормативных документов и внедрение результатов исследований 108
5.2 Расчет капитальных вложений на проведение НИР 110
5.3 Сравнение экономической эффективности разработанных составов стеновых материалов 114
5.4 Выводы к главе 117
Основные выводы 119
Список литературы
- Стеновые материалы на основе местного сырья Чеченской Республики
- Изучение свойств мелкодисперсных материалов бетона
- Разработка составов гипсосодержащих композиционных вяжущих (КГВ) с минеральными добавками из техногенного сырья
- Проектирование состава мелкоштучных стеновых материалов на основе КГВ
Введение к работе
Актуальность. Возрастающие темпы строительства в Чеченской
Республике требуют значительного увеличения выпуска
высококачественных строительных материалов, для изготовления и переработки которых требуется как можно меньше энергии и капиталовложений. К таким материалам относятся гипсовые вяжущие, наиболее эффективные с точки зрения энергоемкости производства и негативного воздействия на окружающую среду, а их твердение происходит интенсивно без тепловлажностной обработки.
Чеченская Республика (ЧР) обладает большими запасами природного и техногенного сырья для развития строительной индустрии. В горных районах сосредоточены значительные месторождения сырья для получения цемента, гипсовых вяжущих, мелкого и крупного заполнителя бетона. Накоплен огромный объем отходов промышленной деятельности - соплі тысяч тонн золошлаковых отходов, строительный лом и тд. Их утилизация можег внести весомый вклад в дело восстановления ЧР и охраны окружающей среды.
В настоящее время ЧР ощущает потребность во многих строительных материалах, особенно стеновых. При рациональном использовании имеющейся минерально-сырьевой базы на основе передовых технологий можно получить конкурентоспособную строительную продукцию, не уступающую зарубежным аналогам. Это в полной мере относится к получению гипсовых композиционных вяжущих, позволяющих значительно снизить дефицит стеновых материалов для восстановления и строительства разрушенных зданий и сооружений в ЧР.
Диссертационная работа выполнена в рамках тематического плана госбюджетных НИР Федерального агентства по образованию РФ, проводимого по заданию Министерства образования и финансируемого из средств Федерального бюджета на 2010-2014 гг.
Цель работы - повышение эффективности мелкозернистого бетона на основе гипсосодержащих композиционных вяжущігх из техногенного сырья ЧР для производства мелкоштучных стеновых материалов (МСМ).
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
— изучение физико-механических свойств и особенностей природного и
техногенного сырья ЧР и композиционных вяжущігх на их основе с целью
получения мелкозернистого бетона для стеновых материалов;
— оптимизация вещественного состава композиционных гипсовых
вяжущих (КГВ), получаемых из местного сырья;
— разработка составов и изучение свойств мелкозернистых бетонов,
получаемых на основе композиционных гипсовых вяжущих для производства
мелкоштучных стеновых материалов;
- разработка рекомендаций и создание энергосберегающей технологии производства стеновых материалов из мелкозернистого бетона на КГВ;
-подготовка нормативных документов для реализации экспериментальных исследований в промышленное производство и учебный процесс.
Научная новизна работы. Установлен характер влияния кремнеземсодержащих компонентов из техногенного сырья ЧР на процессы структурообразования системы «гипс — цемент — золошлаковая минеральная добавка - СП - вода» при твердении водостойкого КГВ. На первой стадии быстрый набор прочности системы осуществляется за счет синтеза крупных кристаллов двуводного гипса, одновременно выполняющих функцию регулируемого раннего схватывания.
В дальнейшем гидратация клинкерных минералов обеспечивает за счет создания малорастворимых новообразований в ранее созданной структуре композита и повышения его водостойкости. А последующий рост эксплуатационных характеристик обеспечивается новообразованиями 2-ой генерации гидросиликатов Са за счет взаимодействия выделяющегося портландита при гадратации элита с рентгеноаморфными частицами золошлаковой смеси. Подобный механизм гадратации КГВ минимизирует внутренние напряжения и объемные деформации, в связи с чем уменьшается количество микротрещин, что приводит к повышению эффективности синтезируемого КГВ по сравнению с традиционно применяемым гипсовым вяжущим.
Показана закономерность изменения гранулометрии составляющих разных видов предлагаемых вяжущих. Интегральные кривые распределения частиц КГВ на основе шлака и ЦЕМ I 42,5Н Чири-Юртовского цементного завода близки между собой, а график распределения частиц КГВ на основе золы смещается в области тонких фракций (1,10...40,45 мкм), что приводит к увеличению водопотребности на 14 %. Введение суперпластификатора Полипласт СП-1 уменьшает водопотребность и приводит к росту прочности на сжатие на 17 %.
Установлено влияние микро- и макроструктуры на эксплуатационные характеристики мелкоштучных стеновых материалов. Структура композитов на основе жестких прессованных смесей отличается плотным мелкокристаллическим строением. Поры практически полностью заполнены нанозернистыми новообразованиями МаАІсиликатов, гидроалюминатов, гидроалюмоферритов кальция, двуводного гипса и др. В системе матрицы диагностируются микровключения кварца, альбита, кальцита. Оптимизация строения матрицы МСМ приводит к повышению предела прочности при
сжатии на 15-20 %, росту модуля упругости, коэффициента Пуассона и призменной прочности.
Достоверность результатов работы и выводов обеспечена систематическими исследованиями с применением стандартных средств и методов измерения, использованием комплекса современных физико-химических методов анализа, статистической оценки результатов экспериментов,, достаточным объемом исходных данных и результатов исследований. Полученные данные не противоречат известным положениям строительного материаловедения и результатам исследований других авторов.
Практическое значение работы. Предложена рациональная область использования тонкомолотых золошлаковых отходов ТЭЦ в качестве активных минеральных добавок при производстве КПЗ.
Установлена возможность получения композиционных вяжущих и мелкозернистого бетона для стеновых материалов на основе природного и техногенного сырья ЧР.
Подтверждена эффективность применения в качестве заполнителя для производства МСМ из мелкозернистого бетона на основе КПЗ местных песков и золошлаковых отходов Грозненской ТЭЦ.
Разработана широкая номенклатура составов для производства МСМ.
Внедрение результатов исследований. Для широкомасштабного внедрения результатов научно-исследовательской работы при производстве мелкоштучных стеновых материалов из мелкозернистого бетона разработаны нормативно-технические документы: рекомендации по изготовлению изделий из мелкозернистого бетона на композиционном гипсовом вяжущем; стандарт организации СТО 02066340-017-2013 «Композиционное гипсовое вяжущее с использованием золошлаковых отходов»; технологический регламент на производство композиционного птсового вяжущего для мелкоштучных стеновых материалов.
Внедрение проведенных исследований в промышленных условиях осуществляли на предприятии ООО «Элнтстрой» г. Грозный ЧР. Изготовлена опытно-промышленная партия стеновых камней из мелкозернистого бетона на КГБ.
Результаты работы использовались при реализации федеральной целевой программы «Социально-экономическое развитие Чеченской Республики ЧР на 2008-2012 гг.», в рамках которой построено три дома коттеджного типа в поселке Мичурина Октябрьского района ЧР.
Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных исследований и промышленного внедрения используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 270106
«Производство строительных материалов, изделий и конструкций», а также бакалавров и магистров по направлению «Строительство».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на: Международных научно-практических конференциях «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов (XIX научные чтения)» (г.Белгород, 2010 г.); «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье» (г. Белгород, 2011 г.); «Инновационные материалы и технологии (XX научные чтения, 2011 г.); «Экологические проблемы горнопромышленных регионов» (г. Казань, 2012 г.); Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, посвященная 100-летию академика М.Д. Миллионщикова (г. Грозный, 2013 г.).
Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 10 научных публикациях, в том числе в трех статьях в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы из 146 наименований и 5 приложений. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, включает 37 таблиц, 22 рисунков и фотографий.
Стеновые материалы на основе местного сырья Чеченской Республики
Себестоимость КГВ определяется, прежде всего, ценой исходного гипсового вяжущего, являющегося основным компонентом. Цена гипсового вяжущего на порядок ниже цены цемента.
Чеченская Республика расположена на северном склоне Большого Кавказского хребта и на примыкающих к нему Чеченской равнине и Терско-Кумской низменности. Протяженность территории с севера на юг 170 км, с запада на восток - 110 км. Граничит: на юге - с Республикой Грузия, на юго-востоке, востоке и северо-востоке - с Республикой Дагестан, на северо-западе — со Ставропольским краем, на западе - с Ингушской республикой.
Климат континентальный, но, несмотря на относительно небольшую территорию, Чеченская Республика характеризуется значительным разнообразием климатических условий. Здесь встречаются все переходные типы климатов, начиная от засушливого климата Терско-Кумской полупустыни и кончая холодным влажным климатом снежных вершин Бокового хребта.
Температурные условия отличаются большим разнообразием. Главным роль в распределении температур играет высота над уровнем моря. В равнинной части республики температура колеблется в интервалах +22 - +24, а в предгорьях на высоте 700 метров снижается до +21 - + 20. Зима на равнинах и в предгорьях сравнительно мягкая, но неустойчивая, с частыми оттепелями.
Атмосферные осадки на территории республики распределяются неравномерно. Меньше всего осадков выпадает на Терско-Кумской низменности: 300-400 миллиметров. При движении к югу количество осадков постепенно увеличивается до 800 - 1000 и более миллиметров.
В Чеченской Республике имеются большие запасы сырья для развития строительной индустрии. В горных районах сосредоточены огромные запасы цементных мергелей, известняков, доломитов, гипсов. Наиболее значительные запасы цементных мергелей разведаны в долине Чанты-Аргуна. Наиболее известные месторождения строительных материалов находятся в городах Чири— Юрте, Итум-Кале. На их базе, а также используя расположенные рядом залежи верхнемайкопских глин, действует восстановленный после войны Чир— Юртовский цементный завод. Месторождения известняков практически неисчерпаемы, причем встречаются известняки красивых расцветок. Они хорошо шлифуются и могут использоваться как облицовочный материал.
Месторождения гипса и ангидрита расположены между реками Гехи и Шаро-Аргун. Наиболее крупное месторождение находится севернее селения Ушкалой. Гипсово-ангидритовая свита достигает здесь 195 метров. Некоторые разновидности гипсов и ангидритов могут использоваться как поделочный камень для изготовления сувениров и художественных изделий.
Разведано в Чечне и несколько месторождений песчаников, наиболее крупные из которых - Серноводское, Самашкинское, Чишкинское. Используются они для получения стенового и бутового камня. Здесь же встречаются и кварцевые пески, пригодные для стекольного производства.
У селения Малые Варанды расположено месторождение минеральных красок - охры, мумия. На Чеченской равнине имеются многочисленные месторождения кирпично-черепичных и гончарных глин, гравия.
На Терско-Сунженской возвышенности известны крупные месторождения строительных и стекольных песков, известняка-ракушечника, песчаников, кирпично-черепичных и отбеливающих глин.
До вооруженного конфликта в 1994-1995 годах в Чеченской Республике функционировала развитая производственная база стройиндустрии и промышленности строительных материалов, в том числе цементный завод в пос. Чири-Юрт мощностью 1200 тыс. тонн цемента в год, заводы крупнопанельного домостроения и железобетонных конструкций в г. Аргуне мощностью 200 тыс. кв. метров жилья и 160 тыс. куб. метров железобетонных изделий в год, заводы железобетонных конструкций № 1 и № 2 в г. Грозном мощностью 210 тыс. куб. метров железобетона, цеха столярных изделий объемом производства 54 тыс. кв. метров, цех керамзитового гравия в г. Аргуне мощностью 110 тыс. куб. метров; комбинаты стройматериалов № 1 и № 2 в г. Грозном, завод силикатных строительных материалов в пос. Чири-Юрт и кирпичный завод в г.Гудермесе общей мощностью 230 млн. штук условного кирпича, 10 тыс.тонн извести, 9 тыс. тонн гипса в год, карьероуправление мощностью 1570 тыс. куб. метров нерудных строительных материалов и другие объекты.
Перечисленные производственные предприятия имели степень разрушения 50-60 %.
В настоящее время практически восстановлены и введены в эксплуатацию следующие объекты: цементный завод в пос. Чири-Юрт мощностью до 300 тыс. тонн цемента на привозном клинкере, заводы железобетонных конструкций № 1 и № 2 в г. Грозном и в г. Аргуне с мощностью до 150 тыс. куб. метров железобетона, комбинаты стройматериалов № 1 и № 2 в г. Грозном по выпуску 63 млн. штук условного кирпича, завод силикатных строительных материалов в пос. Чири-Юрт мощностью 20 млн. штук условного кирпича, известковый цех и ряд других объектов.
На производственной площадке, расположенной в 35 км от г. Махачкалы, строится гипсовый завод по производству гипса и строительных материалов на его основе (гипсокартона, сухих строительных смесей, пазогребневых плит и др.). Благоприятными факторами для реализации данного проекта строительства являются: - наличие месторождений гипсового камня высокого качества; - отсутствие гипсопереробатывающих производств в Республике Дагестан; - наличие удобно расположенной производственной площадки. Основным и действенным механизмом в решении проблем социально-экономического развития Чеченской Республики является Программа «СЭР ЧР» на 2010-2014 годы. В Программе «СЭР ЧР» на 2010-2014 годы ставится задача обеспечения экономического развития Чеченской Республики, ориентированная не только на восстановление, но и на создание новых производственных мощностей, на обновление основных фондов, на привлечение квалифицированной рабочей силы. Перечень основных объектов промышленности строительных материалов и стройиндустрии, действующих на территории Чеченской Республики (таблица 1.3).
Изучение свойств мелкодисперсных материалов бетона
Электронно-микроскопические методы анализа проводили с целью исследования продуктов гидратации КГВ и мелкозернистого бетона в различные сроки твердения на сканирующем электронном микроскопе TESCAN Міга 3.
Описание микроскопа. TESCAN Міга 3 - серия высококачественных сканирующих электронных микроскопов, полностью управляемых от персонального компьютера, оснащенных электронной пушкой с катодом Шоттки, предназначенная для работы как в высоком, так и переменном вакууме.
Основные особенности микроскопа: - катод Шоттки высокой яркости для получения изображений высокого разрешения, высокой контрастности и с низким уровнем шумов; - уникальная трехлинзовая электронная оптика Wide Field Optics с промежуточной линзой для оптимизации формы и размера пучка запатентована компанией TESCAN и дает возможность получать изображения в различных режимах сканирования; - In-Flight Beam Tracing - технология контроля и оптимизации рабочих характеристик и параметров пучка в реальном времени; - In-Beam - детектор вторичных электронов, встроенный в объективную линзу, предназначен для получения изображений высокого разрешения на очень коротких рабочих расстояниях; - высокая скорость развертки; - высокая производительность автоматизированного анализа больших площадей образца, например, для автоматического поиска и идентификации частиц; полностью автоматизированная система настройки и центровки электронно-оптической системы; - современное программное обеспечение для управления SEM, получения изображений, архивирования, обработки и анализа; - встроенная система диагностики и возможность удалённого доступа для операций по настройке.
Электронная колонна. Сканирующий электронный микроскоп отображает объекты путем сканирования их узким пучком электронов. Колонна микроскопа формирует пучок электронов и перемещает его по исследуемому образцу, расположенному в камере микроскопа. Качество получаемых изображений в первую очередь зависит от параметров пучка электронов (электронного зонда): размер зонда, апергурный угол и интенсивность пучка.
Размер зонда определяет как разрешение микроскопа, так и максимальное увеличение, которое можно получить без потери качества изображения. Обычно считается, что профиль интенсивности сечения пучка имеет форму распределения Гаусса. Размер зонда можно определить как ширину распределения интенсивности на половине высоты максимума (FWHM). Размер зонда определяется размером виртуального источника электронов, оптическими искажениями (аберрацией) конечной линзы и дифракцией на конечной апертуре. С уменьшением рабочего расстояния размер зонда уменьшается, что увеличивает качество изображения.
Падающий пучок электронов имеет форму конуса. Угол конуса определяется апертурным углом. Чем больше апертурный угол, тем меньше глубина фокуса, и тем больше заметны искажения, связанные с дефектами электромагнитных линз. Апертурный угол уменьшается с увеличением рабочего расстояния. Интенсивность зонда (Beam Intensity, BI) определяет число электронов, которые попадают в образец в единицу времени. Интенсивность зонда влияет на шумы на изображениях, так как при различных ВІ каждому пикселю изображение соответствует разное число детектируемых электронов. Для получения качественных изображений при низкой интенсивности пучка требуется больше времени. Перечисленные параметры зависят друг от друга. Пользователь может выбирать режимы работы электронно-оптической системы, отдавая предпочтение тому или иному параметру, например:
Работа при больших увеличениях. Задача - получить высокое разрешение, при этом интенсивность пучка должна быть небольшой, предпочтительно короткое рабочее расстояние и длительное время набора изображения. Обычно для получения высокого разрешения используется режим «РАЗРЕШЕНИЕ», рабочее расстояние не более 7 мм и скорость развертки 7 или меньше.
Работа при больших токах пучка. Чем больше ВІ, тем больше ток пучка и быстрее собирается изображение. Но при этом размер зонда увеличивается и разрешение падает. Точное значение тока зонда можно выставить с помощью параметра «Ток зонда непрерывно».
Работа в режиме большой глубины фокуса. Апертурный угол должен быть небольшим, поэтому используется режим «ГЛУБИНА» и большие рабочие расстояния. Колонна микроскопа Mira 3 состоит из следующих частей.
Электронная пушка (Gun) - источник ускоренных электронов. Пушка состоит из катода, супрессора, экстрактора и анода. Катод находится под отрицательным потенциалом, а анод под нулевым потенциалом. Острие катода изготовлено из вольфрамовой проволоки и имеет радиус закругления около 0.5 мкм. Острие катода разогревается до температуры 1800 К. Эмиссия электронов из катода осуществляется путем туннелирования через поверхностный барьер под воздействием сильного электростатического поля напряженностью 108 В/м (эффект Шоттки).
Высокая температура катода препятствует его загрязнению и также как и атомарно-тонкий слой ZrO улучшают условия эмиссии электронов. Экстрактор предназначен для создания большого электростатического поля в области острия катода.
Ток электронов, вылетающих из катода, регулируется напряжением экстрактора и называется током эмиссии. Супрессор находится под потенциалом на несколько сот вольт ниже катода и служит для подавления эмиссии с боковых частей острия. Ускоряющее напряжение - разность потенциалов между катодом и анодом определяет конечную энергию электронов.
Электронная пушка работает как источник электронов с характерным размером около 20 нм, расположенный в области острия катода. Энергия электронов пучка может принимать значения в диапазоне от 200 эВ до 30 кэВ, ток эмиссии до 300 мкА, а угловая интенсивность эмиссии от 0.2 до 0.35 мА/ср. Конденсор С1 - магнитная линза, которая задает какая часть электронов проходит через апертуру. Чем сильнее возбуждение линзы (ток через катушку), тем короче ее фокусное расстояние и тем точка фокусировки (кроссовер) дальше от апертуры. При уменьшении возбуждения конденсорной линзы кроссовер приближается к апертуре, за счет чего большая часть электронов проходит через отверстие и ток зонда растёт. Ток зонда изменяется параметром BI от 1 до 20, который отвечает за фокусное расстояние конденсорной линзы.
Разработка составов гипсосодержащих композиционных вяжущих (КГВ) с минеральными добавками из техногенного сырья
В шлаках Грозненской ТЭЦ (рисунок 3.4, кривая 2) в основном (до 95%) присутствует стеклофаза, что обусловлено увеличением длительности нахождения шлака в высокотемпературной зоне. Кристаллическая фаза представлена альбитом, NaAl-силикатами и А1-силикатами, несколькими различными модификациями кварца (S1O2), отличающимися от природных модификаций параметрами кристаллической решетки (d=4,327; 4,106; 3,386; 3,283; 2,477; 2,351; 2,255; 2,140; 1,990; 1,7881,681; 1,660; 1,549; 1,458...А), что связанно с его техногенным происхождением. Рентгенограмма содержит линии двух достаточно прочных разновидностей силикатов (альбита, анортоклаза типа K,Na(AlSi3Og) с основными отражениями (d=3,888; 3,283; 3,23; 2,983... А), имеются линии слюды - гидронатрий-алюмосиликатов (d=3,527 А), магнетита Fe304 (d=3,00; 2,55... А) и кальцита CaCO3(d=3,03; 3,065...А). В интервале углов 9 31-32 наблюдается уширение межплоскостных расстояний натрийалюмосиликатов Na(AlSi30g), а также присутствует значительное фоновое увеличение под данными межплоскостными расстояниями (d=3,283-3,23A), что говорит о частичном наличии их аморфизованного состояния (рисунок 3.4-а).
В результате расчета по максимальной интенсивности межплоскостных расстояний основных минералов - S1O2, K,Na(AlSi30g) и фоновому значению (гало) установлено: содержание кристаллического SiC 2- 56,9%, аморфного БЮг -3,7%, аморфного K,Na(AlSi308) - 39,4% (без учета других составляющих данной системы).
По результатам количественного рентгенофазового анализа выявлено, что золошлаковые отходы содержат в своем составе достаточно большое количество рентгеноаморфных веществ, определяющих их гидравлическую активность при взаимодействии с Са(ОН)2 с образованием гидросиликатов кальция и они могут быть использованы в качестве активной минеральной добавки в при производстве КГБ.
Долговечность гипсоцементных систем во многом зависит от правильного соотношения между количествами кремнеземистых добавок (КД) и портландцемента. Для установления влияния дисперсности и соотношения компонентов в КПЗ на свойства и структуру затвердевшего камня изучали влияние тонкости их помола на основные физико-механические свойства.
Дисперсность активных минеральных добавок является важным фактором, управляющим гидравлической активностью (наряду с содержанием SiCb), а также в значительной степени влияет на удобообрабатываемость бетона. Величина дисперсности является одним из важнейших факторов, влияющих на свойства минеральных добавок.
Гранулометрический (зерновой) состав пылевидных зол зависит от вида топлива, условий его подготовки, режима сжигания, способа улавливания золы и места ее отбора. Наиболее крупные частицы золы улавливаются циклонами, мелкие и мельчайшие — электрофильтрами, причем на каждом поле электрофильтра собирается определенная фракция золы. Системы совместного гидроудаления золы и шлака направляют в отвалы полидисперсные золошлаковые смеси. Вблизи места выпуска пульпы образуется шлаковая зона отвала с преобладанием частиц крупнее 0,25 мм, в отдалении - зольная зона с частицами менее 0,25 мм. В стандартах разных стран используется характеристика дисперсности золы, оцениваемая по удельной поверхности, которая должна быть не менее 270...400 м2/кг. Этим подчеркивается желательность использования мелких фракций золы.
От гранулометрического, химического и фазового состава золы зависит ее насыпная плотность, которая для различных зол находится в пределах 600-1300 кг/м . Истинная плотность золы различных углей может колебаться от 1750 до 3500 кг/м3 и в среднем составляет 2100 - 2400 кг/м3. Топливные гранулированные шлаки имеют крупность зерен 10-15 мм, истинную плотность 2830 - 3260 кг/м , насыпную плотность 1100 - 1300 кг/м3.
В диссертационной работе были проведены сравнительные исследования гранулометрического состава минеральных добавок (золы-уноса и шлака) методом лазерной гранулометрии, позволяющим определять размеры частиц (от 0,2 до 600 мкм) и процентное содержание их в анализируемом материале. В исследованиях помол активных минеральных добавок производили в лабораторной шаровой мельнице. Тонкость помола определяли с помощью прибора ПСХ-2 согласно ГОСТ 310.2-81, работающего по принципу воздухопроницаемости слоя уплотненного материала.
Кривые гранулометрического состава шлака и золы-уноса с удельной поверхностью 470 и 690 м /кг соответственно, показали (рисунок 3.5), что основной диапазон размеров частиц золы- уноса, в который попадает более 90 % материала, ограничивается фракциями (18,15...201 мкм); а частиц шлака -фракциями (1,1...60,35 мкм).
Проектирование состава мелкоштучных стеновых материалов на основе КГВ
По прочности при сжатии камни подразделяют на марки : пустотелые - 200, 150, 125, 100, 75; полнотелые - 50, 35, 25 По морозостойкости камни подразделяют на марки: F50, F35, F25 и F15. Морозостойкость камней для перегородочных и стеновых камней на неводостойком гипсовом вяжущем не регламентируют.. Камни подразделяют на рядовые (Р) и лицевые (Л). Лицевые камни изготавливают с неокрашенными или окрашенными лицевыми поверхностями с маркой по прочности на сжатие не менее 75, по морозостойкости - не менее F25. Лицевые камни могут иметь лицевой фактурный слой из декоративного раствора, плитки и др. Средняя плотность пустотелых камней не должна быть более 1650 кг/м , а полнотелых камней - 2200 кг/м3.
По средней плотности и теплопроводности камни подразделяют на эффективные - плотностью до 1400 кг/м3 условно-эффективные — плотностью от 1401 до 1650 кг/м и тяжелые - плотностью более 1650 кг/м .
Камни, предназначенные для кладки наружных стен зданий и сооружений. Должны испытываться для определения средней плотности и их теплопроводности в кладке.
Изделия и конструкции из бетонов на КГВ, выполненные из мелкоразмерных элементов, предназначены для применения в жилых, общественных и производственных зданиях в виде несущих, самонесущих и ограждающих конструкций.
Сейчас в Чеченской Республике и в государстве в целом наблюдается рост малоэтажного строительства, эти проекты имеют инвестиционную привлекательность. Производство стеновых камней и блоков из мелкозернистого бетона на композиционном гипсовом вяжущем с использованием золы-уноса и шлака -продуктов многолетнего функционирования ТЭЦ г. Грозного является актуальным для восстановления и строительства объектов различного назначения, способствует снижению дефицита стеновых материалов и значительному (не менее, чем в 2 раза) сокращению сроков возведения зданий.
Быстрое (но регулируемое) схватывание и твердение формовочных смесей на КГВ позволяет осуществлять изготовление стеновых изделий без тепловой обработки с одновременным ускорением оборота форм.
Свойства мелкозернистого бетона на основе КГВ определяется теми же факторами, что и обычного бетона. Однако мелкозернистый бетон на основе КГВ имеет некоторые особенности, обусловленные его структурой, для которой характерны большая однородность и мелкозернистость, отсутствие жёсткого каменного скелета, повышенная удельная поверхность твердой фазы.
Свойства мелкозернистых бетонов зависят от их структуры, сформировавшейся в период твердения. От соотношения между мелким заполнителем и вяжущим зависит водопотребность смеси и прочность бетона. Большое влияние оказывают и качественные характеристики мелкого заполнителя, его гранулометрия.
В работе в качестве мелкого заполнителя использовались песок Червленского месторождения Чеченской Республики и шлак Грозненской ТЭЦ.
Определение составов мелкозернистого бетона включало следующие этапы: - установление зависимостей между В/Вяж отношением, консистенцией смеси и прочностью бетона при различных соотношениях между КГВ и шлаком, КГВ и песком (таблица 4.2- 4.3). - назначение на основании этих данных составов бетонов требуемой прочности при заданной консистенции смеси и их экспериментальную проверку. Для создания мелкоштучных стеновых материалов были подобраны составы МЗБ из жестких и подвижных смесей на основе разработанных КГВ на золе-уноса и на шлаке в качестве активных минеральных добавок следующего состава (70:15:15, гипс:цемент:зола-унос и 70:20:10, гипс:цемент:шлак), в соотношениях по массе 1:1, 1:2, 1:3 (КГВ:заполнитель).
В течение 5 минут перемешивали компоненты смеси, определяли её подвижность по расплыву стандартного конуса (РК) на встряхивающем столике и формовали образцы стандартных размеров.
Образцы стеновых материалов из жестких бетонных смесей формовали в пресс-формах при давлении прессования 20 МПа. Состав мелкозернистого бетона рассчитываем в следующем порядке: 1. Определяем В/Вяж, необходимое для получения заданной прочности (в случае применения прессования, трамбования, вибрирования с пригрузом, вибровакуумирования, роликового уплотнения и при коэффициенте уплотнения более 0,97) по формуле: В/Вяж=АКц/(Кб+0,8-А-Квяж), (4.1) где А - коэффициент; RB!DK - активность вяжущего, МПа; Щ - прочность мелкозернистого бетона, МПа; 2. Выбираем соотношение КГВ:песок/шлак, обеспечивающее заданную подвижность (жёсткость) при определённом В/Вяж. 3. Рассчитываем расход вяжущего (КГВ): ВЯЖ(КГВ) = 1000 / (1/Рвяж + В/Вяж + п/ рп), (4.2) где рвяж, рп - плотности вяжущего и песка; п - соотношение между песком или шлаком и КГВ, определяемые в соответствии с указаниями пункта 2. 4. Определяем расход воды: В = ВЯЖ-В/ВЯЖ (4.3) 5. Рассчитываем расход песка/шлака Щпесок или шлак) = п Вяж (4.4) 6. На пробных замесах проверяем подвижность мелкозернистого бетонов и при необходимости вносим поправки в его состав. Определяем плотность свежеуплотнённого бетона и на контрольных образцах - прочность.
