Введение к работе
Актуальность проблемы. Ограниченность месторождений относитель-о чистого природного сырья, а также их выработка в результате дли-ельной эксплуатации действующих карьеров, вынуждает цементные за-ода использовать в производстве сырьевые компоненты, загрязненные ксидами магния, серы, фосфора, калия и натрия, содержание которых
цементе строго регламентировано. По данным геологической развед-и более 60% всех разведанных известняков являются магнезиальными, равнительный анализ клинкеров группы заводов, использующих доломи-изированиые известняки, указывает на тенденцию к непрерывному рос-у средней концентрации оксида магния в клинкере от 3,2% (1965 г.) э 4,8% (1990 г.). Это вызвано как повышающейся доломитизацией под-тилающих слоев известняковых месторождений, так и вовлечением в ронзводство отходов других отраслей (например, шлаков).
Отечественными и зарубежными исследователями проведены обширные аботы по исследованию магнезиальных цементов, изысканию новых афективних методов получения к улучиения их качества (Торопов Н.А., еров В.В., Гергерт И.Э., Дмитриев Г.П., Коган Л.С, Рояк СМ., Ни-ифоров Ю.В., Росса И., Швите Х.Е., Рамачандран B.C., Гюи Ф., Ма-ядар А. и др.). Однако вопрос о предельной концентрации оксида агния в портландцементе и долговечности этого цемента остается, о существу, не решенным.
В связи с этим особую актуальность приобретают исследования, по-воляющие выработать единое представление об особенностях клинке-^образования в высокомагнезиальных шихтах, возможном механизме табилизации объема цементного камня и надежности испытаний, га-антирующих качественные показатели магнийсодертющих цементов.
Работа выполнялась в соответствии с приказом Ыинстройматериалсв ХР !,« 453 от 23.10.81 с комплексной целевой программой МПСМ на 301-85 гг. по совершенствованию мокрого способа производства (проб-эма 2.01.04) и на 1986-90 гг. в рамках отраслевой научно-темати-эской программы "Сырье" (проблема C.0I.).
Цель работы состояла в разработке физико-химических основ полугния качественного портландцемента при содержании оксида магния, ревытаюцем ограничения стандарта, и развитии механизма отабилнаа- ' ли объема цементного камня, гидратирующего в нормальных влашюст-лх и гидротермальных условиях твердения.
Задачи исследования слсдушцио:
- Изучение милепалаобразовання в магж.'нсодержащих пихтах в при-
сутствин примесных оксидов, влияния условий подготовки шихт и обжі на фазовый состав, структуру и гндратационную активность клинкероЕ
Определение основных факторов, стабилизирующих объем цементне камня, кинетики гидратации периклаза и деформаций цементов в разл! ных условиях твердения.
Разработка новых методов ускоренного испытания цементов на pi
НОМерНОСТЬ ИЗМенеНИЯ Обьема, МОДвЛИРуЮЩЮС ПрОЦеССЫ ДЛИТеЛЬНОГО ТВ!
дения цементов в реальных условиях.
- Промышленный выпуск портландцемента с повышенным содержанием
оксида магния и изучение его строительно-технических свойств.
Научная новизна
Выявлены особенности фазовых превращений в магнезиальных сме< (МаО 5...10%) в присутствии модифицирующих добавок с оксидами фосг ра, щелочных металлов и сери, вводимых порознь и в комплексе (I... 5!?), обусловленные образованием магнийсодержащих соединений, устої чивых до ГійОС и стабилизацией высокоактивных модификационных фо] силикатов кальция, удерживающих оксид магния в количестве: алит -; 1,9%, белит -до 1,6 при обідем содержании оксида в клинкере 7...К
Установлено, что в клинкерных расплавах растворимость оксида магния в составе твердых растворов и стеклофазе понижается с увел: нием его концентрации (7...17) и составляет: в трехкальциевом алі минете - 1,8...1,9%. в алюмоферрите - 3,6...4,5%. При этом размер кристаллов периклаза уменьшается с 8...10 м"м до 4...7 мкм. Укрупнению кристаллов способствуют' восстановительные условия обжига и э&недтенное охлаждение.
Сформулированы представления о механизме стабилизация объема ыагнийсодержащих цементов, основанные на структурных особенностях матрицы и фазовом соствеє .мдратов твердеющего цемента, рзлаксиру щих внутренние напряжения и частично блокирующих доступ воды к пе> риклазу.
Изучена влияние на развитие деформаций цементного камня и ги, ратацию в нем периклаза условий и продолжительности твердения, а также основности исходного клинкера, тонкости его помола и наличи в цементе активных минеральных добавок, что позволило обосновать величину предельной концентрации оксида магния в клинкере 7 %, б спечиваюїдую стабильность объема бездобавочных цементов, твердеюци: в реальных условиях.
- Предложен ступенчатый режим запарки при ускоренных испытания
на равномерность изменения объема с поедварительным твердением це
тта в относительно мягких гидротермальных условиях (16 часов при 2 ЫПа) и последующей трехчасовой запаркой при 2,1 МПа, сох'раняю-!й порядок формирования матрицы цементного камня и накопления фа-[ брусита, адекватный. длительному твердению цемента в нормальных ловиях (вода, 18С>. При этом достигается более глубокая гидра-іция периклаэа по сравнению с результатами стандартных испытаний, 'о повышает их надежность.
Практическая ценность. Результаты работы- послужили основой для іганизации технологического процесса производства цементов, содер-іщих 5...7 оксида магния и удовлетворяющих требованиям сущест-ющего стандарта на равномерность изменения объема, на Ангарском іментно-горном комбинате и А/о "Воскресенскцемент".
Производство этих цементов реализуется без дополнительных капи-ільних вложений, при этом улучшается технико-экономические пока-ітели печных агрегатов. Производительность вращающихся печей воз-сла на 1,5...3,0 при снижении расхода условного топлива на I... кг/т клинкера. Опытные цементы не показали тенденции к снижению ірочной прочности, а использование их в строительстве не выявило' клонений в технологическом процессе производства изделий и :<он-рукций на заводах ЛЕИ.
Апробация работы. Результаты работы представлены на 12 Междуна- . ідном Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 81); УІІ Международном конгрессе по химии цемента (Рио-де-ЗКаней-|, 1966); Международном съезде по стройматериалам (Веймар, 1908); :есоюзном совещании АН СССР по высокотемпературной химии оиликатбв [енинград, 1982); У.'УП Всесоюзных совещаниях по химии и техноло-ш цемента (Москва, 1980; Черкесск, 1986); Всесоюзных научно-прак-іческих совещаниях по использованию вторичных ресурсов (Чимкент, ЮЗ, 1986); 5, 9 Научных чтениях (Белгород 1981, 1987); I, II Конвенциях молодых ученых и специалистов БТИСМ (Белгород 1983, 1985).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 24 печатные ра-1ты, из них 22 статьи и 2 авторских свидетельства на изобретения.
