Delist.ru

 Повышение эффективности стеновых изделий путем использования модифицированного фосфогипса-дигидрата (18.05.2010)

Автор: Тарасов Александр Сергеевич

Оптимизированы составы фосфогипсового композита.

Установлены зависимости удобоукладываемости, плотности, прочности на сжатие, коэффициента размягчения, морозостойкости, воздухостойкости от количества и состава комплекса минеральных добавок, вида кремнеземистого компонента, В/Т отношения смеси, режимов механохимической активации и тепловой обработки.

Исследованы усадка и набухание, водопоглощение, прочность на сжатие фосфогипсового композита при длительном хранении в различных условиях.

Установлено, что поровая структура фосфогипсового композита, характеризуется повышенным содержанием мелких пор, способствующих увеличению эксплуатационной надежности стеновых изделий.

Методами РФА, ДТА, РЭМ и оптическим методом установлен состав основных новообразований, представленный гидросиликатами, гидроалюминатами и гидросульфоалюминатами кальция, его изменение в процессе твердения и влияние на свойства композита. В результате реакций гидратации полости между кристаллами дигидрата сульфата кальция заполняются новообразованиями, а также ультрадисперсными кремнеземистыми частицами, что способствует увеличению количества контактов между кристаллами и повышению плотности, прочности и водостойкости фосфогипсового композита.

Практическая значимость работы. Разработаны составы сырьевой смеси, обеспечивающие повышенную прочность и водостойкость изделий на основе модифицированного фосфогипса-дигидрата и позволяющие получать с 30/40% комплекса минеральных добавок, содержащего 10/20% извести, 10% модификатора МБ-10-50-С, 10/20% портландцемента, при низкотемпературной тепловой обработке, стеновые камни марок по прочности М50/М125, с коэффициентом размягчения более 0,65.

Разработана технология получения строительных изделий на основе модифицированного фосфогипса-дигидрата, включающая механохимическую активацию сырьевой смеси, виброформование стеновых камней, низкотемпературную тепловую обработку сушкой при 600С или естественное твердение.

Внедрение результатов исследований. Проведена промышленная апробация разработанных предложений по получению стеновых камней из фосфогипса-дигидрата, модифицированного комплексом минеральных добавок. Опытно-производственное опробование проведено на производственной базе фирмы ООО «Стройэволюция». Выпущена опытная партия стеновых камней размером 390x190x188 мм средней плотности 1300/1340 кг/м3, маркой по прочности М75 в объеме 48 м3.

Разработан технологический регламент на производство стеновых камней из фосфогипсового композита.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на научно-практических конференциях в Московском государственном строительном университете: «Строительство – формирование среды жизнедеятельности» в 2000, 2001, 2002, 2003 годах; в Пензенской государственной архитектурно-строительной академии на Всероссийской ХХХ научно-технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства» в 2001 году; в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова на Международном конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» в 2003 году; на II Всероссийском семинаре с международным участием «Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий» в Уфе 2-4 июня 2004 года; на 2-ой Всероссийской (Международной) конференции по бетону и железобетону в Москве 5-9 сентября 2005 года; на III Всероссийском семинаре с международным участием «Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий» в Туле 28-30 сентября 2006 г, на IV Всероссийском семинаре с международным участием «Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий» в Волгограде 24-26 сентября 2008 г.

Основное содержание работы опубликовано в девяти статьях.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка, включающего 142 наименований, и приложений. Общий объем работы 150 страниц машинописного текста, 35 рисунков, 29 таблиц.

На защиту диссертации выносятся:

- обоснование возможности повышения эффективности стеновых изделий путем использования модифицированного фосфогипса-дигидрата;

- зависимости основных свойств фосфогипсового композита от его компонентного состава и технологических параметров;

- особенности формирования структуры фосфогипсового композита;

- технология получения стеновых изделий на основе фосфогипсового композита;

- результаты производственного опробования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Перспектива повышения эффективности стеновых материалов возможна за счет использования техногенных отходов в технологии их производства.

В ряде регионов запасы отхода химической промышленности фосфогипса-дигидрата (ФГД) в отвалах превышают 300 млн.т. и ежегодно увеличиваются более чем на 10 млн.т., но доля их использования составляет не более 1,0%. Для их хранения отводятся тысячи гектаров, наносится вред окружающей природной среде, увеличиваются капитальные и текущие эксплуатационные затраты химических предприятий.

По содержанию CaSO4*2H2O (ГОСТ 4013-82) фосфогипс-дигидрат относится к гипсовому сырью I, II сорта и может являться альтернативой природному гипсу в промышленности строительных материалов.

Широкое использование отхода сдерживает наличие в нем оксида фосфора (Р2О5) и соединений фтора (F), а также загрязненность соединениями редкоземельных металлов (232Th, 226Ra, 40K), кислотами (H2SO4, H3PO4, HF, H2SiF6) и их солями. Дополнительные трудности при переработке создает влажность отхода 20/40%.

Анализ опыта применения фосфогипса-дигидрата показал, что перевод его в полуводные модификации связан с необходимостью применения химических добавок, нейтрализации, отмывки и сопровождается значительными затратами материальных, трудовых и энергетических ресурсов, длительностью переработки, усложнением технологии.

Перспективным направлением является изготовление стеновых изделий для малоэтажного строительства на основе ФГД в сочетании с веществами, вступающими в химическое взаимодействие с образованием водостойких и твердеющих в воде продуктов, как в результате химической реакции с самим дигидратом сульфата кальция, так и вследствие собственных процессов гидратации. Такими веществами являются цементы, кремнеземистый компонент в оптимальном соотношении с известью. Но получаемые низкие показатели прочности, водостойкости и морозостойкости изделий сдерживают их широкое применение в строительстве.

Проведенные в настоящей работе исследования были направлены на улучшение физико-механических свойств стеновых изделий на основе ФГД, изучение возможности его вступления в химическое взаимодействие с вводимыми активными компонентами с образованием кристаллогидратов, участвующих в формировании структуры материала.

Для решения этих задач разработана рабочая гипотеза, согласно которой повышение эффективности стеновых изделий и вовлечение фосфогипса-дигидрата в химические реакции образования эттрингита основано на его модифицировании комплексом минеральных добавок, содержащим цемент, известь, высокоактивный кремнеземистый компонент. Применение совместной механохимической активации компонентов способствует дезагрегации и активизации ФГД, гомогенизации смеси, нейтрализации примесей и более полному взаимодействию компонентов между собой с образованием гидроалюминатов, гидросульфоалюминатов и гидросиликатов кальция.

В исследованиях использованы следующие материалы.

Фосфогипс-дигидрат ОАО «Воскресенские Минеральные Удобрения» из отвалов, химический состав которого представлен в табл. 1.

Таблица 1

Химический состав Воскресенского фосфогипса

Содержание, %

CaO MgO Al2O3 Fe2O3 K2O Na2O SiO2 SO3 F2 P2O5 H2O гидр. CaSO4*2Н2О

35,9 0,16 0,2 0,2 0,02 0,21 0,25 44,3 0,2 0,6 18,2 93,2

ФГД с удельной поверхность 1800 см2/г, влажностью 18/26% в комкообразном

Негашеная известь молотая быстрогасящаяся I сорта Люберецкого КСМиК, соответствующая требованиям ГОСТ 9179-77 «Известь строительная. Технические условия». Активность извести 92 %.

Портландцементы по ГОСТ 30515-97 «Цемент. Общие технические условия» Воскресенский ПЦ400 Д5, Михайловский ПЦ500 Д0 или по ГОСТ 31108-2003 «Цементы общестроительные. Технические условия» ЦЕМ I 32,5Н и ЦЕМ I 42,5Н соответственно.

Глиноземистый и высокоглиноземистые цементы КГЦ-65, ВГКЦ-70, ВГКЦ-75 по ГОСТ 969-91 «Цементы глиноземистые и высокоглиноземистые».

Кремнеземистые компоненты: модификатор бетона МБ-10-50-С с удельной поверхностью 1200/1600 м2/кг (ТУ 5743-048-02495332-96); конденсированный микрокремнезем МКУ-85 с удельной поверхностью 2000/2500 м2/кг (ТУ 5743-048-02495332-96); кремнегель - отход от производства фтористо-водородной кислоты с удельной поверхностью 1800/2200 м2/кг; кек - отход силикатной промышленности с удельной поверхностью 900/1100 м2/кг; гидравлическая природная минеральная добавка – трепел с удельной поверхностью 300/400 м2/кг.

Разработка комплекса минеральных добавок, позволяющего получить структуру композита повышенной плотности, прочности, водостойкости и задействовать фосфогипс-дигидрат в реакциях образования гидросульфоалюминатов кальция проводилась с компонентами различной дисперсности. Удельная поверхность цемента и извести выше, чем у ФГД, а у кремнеземистого компонента – выше, чем у цемента и извести. При таком сочетании продукты гидратации цемента, извести и частицы кремнезема располагаются в межкристаллических полостях ФГД.

загрузка...