Введение к работе
Актуальность темы. Технический прогресс строительной индустрии, проблемы создания ресурсо-тешгосберегаюащх технологий вызывают необходимость проведения исследований получения цементов из минерального техногенного сырья, так как использование таких цементов при производстве различных видов изделий и конструкций расширяет область их применения, позволяет создавать защитные покрытия и изделия . однако, проблема использования техногенного сырья до настоящего времени остается нерешенной, что обусловлено специфическим и разнообразным физико-химическим составом попутных продуктов. Это вызывает необходимость выполнения технологических и теоретических работ, в частности, по эффективному использованию попутных продуктов цветной и черной металлургии Северо-Западного региона России.
Настоящая работа связана с задачей максимальной утилизации различных попутных продуктов глиноземных и металлургических комбинатов, с целью получения высокоэффективных специальных цементов. Организация производства многокомпонентных цементов (МЦ) (безусадочных, расширяющихся, напрягающих) позволит расширить сырьевую базу цементных заводов и внести определенный вклад в решение ' экологической проблемы использования техногенных продуктов Северо-Западного региона России.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом: "Разработка способов и технологии получения новых материалов (жаропрочных, сверхтвердых и др.) на основе силикатов и тугоплавких неорганических материалов". Код ГАНСТИ 61.35.
Цели и задачи исследования: цель диссертационной работы -разработка физико-химических и технологических параметров получения Щ с улучшенными свойствами на основе попутных продуктов цветной и черной металлургии.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
- разработка составов и технологических основ получения МЦ с улучшенными свойствами на баз попутных продуктов глиноземного производства и продуктов их термической переработки;
кинетические исследования процесса сульфатирования гидро-карбоалюминатов кальция (ГКАК), гидрогранатов кальция (ГГК), гидросиликоалюминатов кальция (ГСАК} в присутствии силикатного компонента;
исследование особенностей продуктов гидратации и поровой структуры МЦ физико-химическими методами;
изучение строительно-технических свойств МЦ на базе попутных продуктов цветной и черкоії металлургии;
опытная проверка в заводских условиях и составление технической документации на выпуск разработанных МЦ.
Научная новизна. На модельных системах типа: алюминийсодер-ЇВ.ЕІИЙ компонент (ГКАК, ГГК, 'ГСАК) - силикатный компонент (SW2. CS, P-CaS, C3S) - сульфатный компонент (CaS0^2Hg0. ot-CaS0^0.5H20. 0-CaSO^O, SHgO) - вода, установлено, что процесс образования гид-росульфоалшинатов кальция (эттрингита) зависит не только от вида алшинатной и сульфатной составляющих, но и от вида силикатного компонента. Показано, что присутсвие CS, p-CeS, C3S несколько замедляет в начальные сроки твердения (до шести часов) процесс образования эттрингита, а в поздние сроки приводит к более полному протеканию реакции. Снижение скорости образования эттрикгита в начальный период реакции связано с гидролизом силикатного компонента. Образующийся в таких системах эттрингит (рН 12.2 - 12,5) является устойчивым.
Установлено, что процесс образования эттрингита в изученнных системах достаточно удовлетворительно описывается уравнением Ян-дера, причем, величина кажущейся энергии активации составляет 9,6 - 26,6 кДж/м. что свидетельствует об образовании эттрингита под диффузионным контролем.
' Выявлено, что изменяя кинетику образования эттрингита при твердений многокомпонентных цементов за счет использования алши-кийсодеркащих фаз различной активности (ГГК, ГКАК, ГСАК) возможно целенаправленно формировать структуру цементного камня. Показано, что при введении влвшшйсодержащих фаз типа ГГК снижается общая Пористость цементного камня до 25. и возрастает доля пор с радиусом от 10 до 100 им до 50. а при введении высокоактивных алюми-
.-5-нийсодержащих типа ГСАК фаз общая пористость снижается до 30%, а доля пор с радиусом от 10 до 100 нм возрастает до 15%. Во всех случаях отмечено снижение доли пор с радиусом до 10 нм. Такое изменение поровой структуры цементного камня обеспечивает возможность целенаправленного улучшения технических свойств МЦ.
Показано, что в зависимости от вида'и количества алюминийсо-дертащей и силикатной составляющих в составе МЦ изменяется морфология эттрингита. При использовании гидрогранатового и гидрокар-боадюминатного шламов (ГГШ. ГКАШ) эттрингит образуется преимущественно в виде каемок вокруг клинкерных зерен, при этом возникают низкоосновные гидросиликаты кальция, типа гиролита; а при использовании гидрсслликоалюиинатного шлама (ГСАШ) - в виде сростков с гидросилпкатами кальция или отдельных зерен, при этом преимущественно образуются более основные гидросиликаты кальция, типа тоберморита.
Разработаны химико-технологические осноьы формирования самонапряженной структуры цементного камня с повышенной сульфатостой-костью, за счет целенаправленного образования эттрингита, в процессе твердения цемента, путей использования различных типов и количеств техногенных продуктов цветной и черной металлургии.
Практическая ценность. Разработаны практические составы и ресурсо-теплосберегающая технология специальных многокомпонентных цементов на базе алюминийсодержадах и силикатных попутных продуктов цветной и черной металлургии (гидрогранатовый, гидрокарбоалю-минатный, гидросиликоалшинатный и нефелиновый шламы глиноземного производства, а также доменные маки).
На опытном заводе института "Гипроцемеят" получены многокомпонентные цементы марок НЦ-Ю-М600, НЦ-20-М400 соответствующие требованиям на цемент расииряодийся с самонапряжением (ТУ 21-26-13-90).
На Волховском алюминиевом заводе, о применением ГКАШ глиноземного производства выпущена опытная партия напрягающих многокомпонентных цементов , согласно ТУ 21-26-13-90 соответствующих маркам Щ-10-М500. НЦ-30-М400 .
- 6 -Реализация разработок на цементных производствах позволит расширить сырьевую базу для получения специальных цементов, а также улучшить экологию на предприятиях цветной и черной металлургии.
Апробации работа. Основные положения работы представлялись на Международной конференции "Ресурсосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций"/Белгород 1993/; Международной симпозиуме " Проблеми комплексного использования руд" /С-ПетсрОург 1994/; Межгосударственной конференции "Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала Юашо-Ураль-окого Региона" /Магнитогорск 1994/; Всероссийском совещании "Вя-адие материалы в условиях рыночной экономики"/Москва 1995/; Международной конференции "Реоурсо- и энергосберегающие технологии строительных материалов, изделия и конструкций " /Белгород 1995/.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в семи работах, в том числе в двух статьях в научно-технических и производственных вурналах и Пяти тезисах к Международным и Всероссийским научно-техническим и научно-практическим конференциям. По тема диссертации подана заявка и получено положительное решение на патент РФ "Цемент" 94025324/33 or 06.07.94г.
Обьен работа. Диссертационная работа изложена на стр. машинописного текста; состоит из введения. 5 глав и выводов, содержит таблиц и ' рисунков, описок литературы из 124 наименований, приложения по результатам опытных испытаний МЦ в заводских условиях, а также технологическую инструкцию по выпуску МЦ.
