Введение к работе
Актуальность работы. Задача создания высокоплаковых композиционных материалов в настоящее время актуальна как с точки зрения разработки гжозацитиых для литосферы технологий по переработке побочных продуктов металлургического производства, так и с точки зрения выбора ткономически преимущественных технологических реїзений получения материалов для строительства. Решение задач такого рода возможно с учетом современных представлений о природе возможных процессов на границах разделов фаз при образовании искусственных материалов, которые и были поло-яены в основу предлагаемой работы.
Цель работы заключалась в получении высокошлаковых материалов строительного назначения, экозащитных для литосферы и экологически ЧИСТЫХ-ОКОКОМПОЭИТОВ.
Для выполнения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
I.Определить и использовать критерии получения гидратаци-онных высокошлаковых экокомпозитов в условиях тепловлааностноП обработки с учетом свойств поверхности.
-
Исследовать физико-химические и строительно-технические свойства полученных олаковых композиций и определить области их применения.
-
Разработать технологические реаения получения высокоплаковых экокомпозитов строительного назначения из побочных продуктов металлургического производства и использоєать их в строительной практике.
Научная новизна работы состоит в следующем.
Показана возможность химического конструирования зкокомпо-знтов на основе металлургических илаков в условиях тепловлая-ностной обработки, исходя из представлений о роли окислительно-восстановительных и кислотно-основных поверхностных процессов, отражающих природу шлака в их гидратационной активности. Отличия в природе металлургических слаков оценены по содержанию железа (Ш, по значениям -электродных потенциалов (ф), по содержанию молекулярного кислорода и величинам рН олаковых водних суспензий, дающих предьарительную информацию, о гидратационной ак-
тивности и о технологии использования шлаков в композиционных материалах. Выявлены закономерности изменения рН,электродного потенциала и молекулярного кислорода шлакових водних суспензий, а также гидратационной активности ылаковых паст от содержания Fe([J) и размеров зерен; обнаружено, что при равной поверхности шлаков в суспензиях, чем выае содержание келеза (П), тем ниже значение электродного потенциала, относительного содержания молекулярного кислорода, гидратациониой активности и вуше рН. Полученные результаты объясняется прохождением в системах окислительного Fe -e=Fe и восстановительного І/гНрО+І/ЧОо+е^ОН" процессов; показано, что независимо от природы шлака, с ростом размера зерна наблюдается падение значений рН к рост значений электродного потенциала, при птом иаксиг.-.альние изменения этих параметров происходят при размерах зерна до I ка.
Установлено,, что для рассмотренных планов с содержанием келеоа (П) до ~ 8,3% (череповецких и'пкорскихі наибольшей активирующей способностью обладают соединения элементов 4-го периода с неполностью занятой о!--оболочкой (кобальт,никель)» кальций. При зтом сульфатная активация и&хсааальна для кальциевого, а хлоридная - для кобальтового и никелевого катионов и окислителей . Показана максимальная активирующая гидратацию шлака способность фосфогйпеа после его термообработка при Т=150С, связанная с максимальним тепловыделением и растворимостью при рН=2,7; установлено, что в присутствии термоактивированного при 150С фосфогйпеа ("Т/йа") подвергаются изменениям все составляйте лака. Выводы отой части работы послугами основой создания и использования термоалаковых вязуг;:іх ("ТШВ"), отличающихся повышенным содержанием атака: более активного на основе череповецкого и малоактивного иа основе идорского.
Поскольку кєлду разкикі фракциями одного и того ко по природе олака существует ДрН, возрастащая с увеличение!.! размера фракции, то дисперсии планов с пошиеннші по сравнения со средой рН могут, играя роль более кислых подлонея . стимулировать гидратациокные процессы со щелочной средой, влияя на кислотно-основное равновесие, в тем числе и на уровне адгезии в композиционных материалах,и активировать процесси.
Исходя из разницы в значениях рН (дрН>, в зависимости от природы и степени измельчения шлаков,осуществлено химическое
конструирование материалов на основе'високожелезистых алаков. Показано, что в системах из дисперсий ияорского шлака размером более, чем I >:м, и активатора в виде "ГСВ", новообразованиями являются гидросиликатн типа серпентина и гиллсбрандита, имеющие волокнистую структуру; материалы характеризуются повышен- : ной прочностью при изгибе - й г /^с'ч достигает значения 0,4... 0,5. Результаті; данной части работы явились основой создания серии материалов из вксокояелезнетъх алаков - на основе и»ор-ского мака "ЭКОлКОРЛ" ,"МІХ-І" , "МІХ-П" и на основе руставско-го слака "ЭКО-Р".
Практическая ценность р*.*отк.
Химическое конструирование композиционных материалов строительного назначения осуществлено, исходя из представлении о роли окислительно-восстановительных и кислотно-основных процессов на границах разделов фаз.
Разработана технология получения термоалакового вякущего ("ТЕЗ") на основе череповецкого клака, аналогичного портландцементу Ц 400, активированного "ТА2" в сочетании с клинкером, используемого при ТВО для тянель-х бетонов 1-і 400,350,300,250,200 различной подвинности. На "ТШВ" разработаны технические условия ТУ 254-3987379-770-92 и технологический регламент; подана заявка (приоритет от 1.07.93). Стоимость "TI2B" на 25^ пине стоимости портландцемента; на опктном заводе "Гипрзцемент" выпусе-на опытная партия "ГЛЗ". Бетоні»- на "ГіДЗ" обладают водонепроницаемостью ~ G атм, морозостойкостью > 200 циклов, улучшенными деформационными характеристиками it истираемостью менее 0,5 г/см"; из бетона нз. "ТЕЗ" 1.1 400 изготовлены тротуарные шиты, эксплуатируемые в центре С-Пзгербурга с 1992 г.
Разработана технология получения экокомпозитов в рамках экопрограммы "Чистая Ihopa" на основе отвальных іпхорских плаков и создана серия материалов - "ЭК0/Г>0РЛ","!ДХ-1","1ЯХ-П". Материалы состоят более, чем на SQJJ нз побочных продуктов металлургического производства,н 7...6^ активатора, в качестве которого использовано "ШВ" или антивксалнЕал^ео вялущее. Получен тяжелый бетон "ЭКОИЖОРЛ" Ы 400,350, обладающий пониженной истираемостью, которая составляет 0,46 г/см , повышенной прочностью при изгибе, !?,._„ /i?f„., =0,36 и морозостойкостью евкие 200 циклов.
Бетон может быть использован в соответствии с требованиями ГОСТ 17608-81 для изготовления тротуарнім плит, на которые разработаны технические условия ТУ 40І-83-ОЛ9І и технологический регламент. Использование формоотхода в сочетании с некондиционными отвальными шлаками и "ТІІ13" позволило получить стеновые бетонные камни "МІХ-І" М 150,100 с отношением Rj,.- / 1?сж =0,4...0,5; разработаны проекты технических условий и технологический регламент их изготовления.
Получен материал "МІХ-ІГ с антивысаливаюцим вяжущим для стеновых камней М 150,100; разработаны проекты технических условий и технологический регламент; материалы морозостойки, высолообраэований не наблюдается. На металлургическом производстве "Ижорский завод" выпущена опытная партия стеновых камней.
Разработана технология получения стеновых камней "ЭК0-Р" на основе отвального руставского шлака и 7...8 активатора в условиях ТВО. Прочность стеновых камней соответствует Ы 100, 75,50, морозостойкость 15 циклов; разработаны технические условия ТУ 401-83-010-91 и технологический регламент; технология изготовления камней принята к внедрению в 1991 году.
За счет использования разработанных технологий получения чкокомпозитов МГП "ИНХИМ" получена прибыль, использованная для покрытия части расходов по приобретению вычислительной техники и соответствующая стоимости двух компьютеров IBM PC.
Результаты работы использованы в учебном процессе разных факультетов - подготовительного,"СЕД"'Ж'.'
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции "Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном материаловедении" (г.Белгород,19Ь9г.),на 3-ей Республиканской конференции "Научно-технический прогресс в технологии строительных материалов" (г.Алма-Ата,1990 г.), на Всесоюзном техническом семинаре(г.Рига, 1991 г.), на Всесоюзном научно-техническом совещании по химии и технологии цемента Jr.Москва, 1991 г.), на Межреспубликанском семинаре (г.Рига,1991 г.), на научно- технических конференциях в ПГУЛСе: "Неделя науки-91","педеля науки-92","Не-
деля науки-93", на научно-технической конференции "Прогрессивнее строительные материалы и изделия на основе использования природного и техногенного сырья" (г.С-Петербург, 1992 г.), на научно-технической конференции в ПГУГСе "Неделя наукн-94", на 9-ом Международном конгрессе по химии цемента (Индия, 1992)
Структура я объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, 9 глав, обцих выводов, списка литературы, включающего /3, наименований и приложении. Изложена на / страницах, включая .5/ рисунков и 33 таблиц.
