ДОНБАСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

Назарова Антоніна Василівна

УДК 666.9:691.0.

ГОРІЛОПОРОДНІ БЕТОНИ АВТОКЛАВНОГО ТВЕРДІННЯ

05.23.05 - Будівельні матеріали та вироби

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Макіївка – 2000

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано на кафедрі технологій будівельних матеріалів, виробів та автомобільних доріг Донбаської державної академії будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України.

Наукові керівники: доктор технічних наук, професор кафедри технологій будівельних матеріалів, виробів та автомобільних доріг Матвієнко Василь Андрійович, Донбаська державна академія будівництва і архітектури; кандидат технічних наук, доцент Зайченко Микола Михайлович, Донбаська державна академія будівництва і архітектури, начальник науково-дослідного сектору.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Ольгінський Олександр Георгійович, Народна українська академія, завідуючий кафедрою, м.Харків; кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Попов Володимир Васильович, Донецький ПромбудНДІпроект, завідуючий відділом будівельних матеріалів, виробів і конструкцій.

Провідна установа: Придніпровська державна академія будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, кафедра будівельних матеріалів, м.Дніпропетровськ.

Захист дисертації відбудеться “25.05. 2000 р. о 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д12.085.01 Донбаської державної академії будівництва і архітектури (Україна, 86123, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2, І навчальний корпус, зал засідань).

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Донбаської державної академії будівництва і архітектури (Україна, 86123, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2).

Автореферат розісланий “22 квітня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент А.М.Югов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Конструкційні і конструкційно-теплоізоляційні силікатні бетони відрізняються від традиційних цементних бетонів меншою на 15...25% собівартістю, а також можливістю використання при їхньому виробництві місцевих в'яжучих із техногенної сировини, у тому числі з горілих порід шахтних відвалів (териконів), кількість яких на території Донбасу більш 1200, а обсяг горілої породи перевищує 2млрд. м3.

Фізико-механічні властивості, мінеральний і хімічний склад горілих порід свідчать про те, що вони можуть бути використані при виробництві розчинних і бетонних сумішей. У той же час, бетони з використанням горілопородної сировини широкого застосування у виробництві будівельних матеріалів і виробів не знайшли. Це пояснюється, насамперед, неоднорідністю складу і ступенем випалу горілих порід, присутністю вугілля, що не згоріло, і недегідратованих глинистих часток (втрати при прожарюванні), а також сульфатів та сульфідів, що знижують довговічність будівельних виробів та конструкцій. Для виготовлення бетонів рекомендується використовувати добре обпалену породу териконів, що спеклась, а дрібні фракції, які містять найбільшу кількість зазначених домішок, відсівати у відвал, що в цілому не вирішує проблему комплексної утилізації техногенної сировини. Одним з ефективних шляхів рішення цих задач може бути тонке подрібнення горілої породи, що містить підвищену кількість вуглистих і глинистих домішок, із наступним використанням їх як компонента в'яжучого автоклавного твердіння.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Виконана робота є одним з етапів досліджень Донбаського НДПТІБВ за темою №308. 92-93 "Розробка технології використання цілком перегорілих шахтних порід у виробництві будівельних матеріалів" (замовник – Держбуд України) і Донбаської ДАБА, кафедри "Технологій будівельних матеріалів, виробів і автомобільних доріг" за темою №0197U01396 "Розробка і впровадження технології комплексної переробки техногенних родовищ вуглевидобувної промисловості у високоякісні будівельні матеріали" (замовник – Міністерство освіти і науки України) у рамках міжнародної програми технічної допомоги TAСIS і програми Держбуду України "Розвиток і удосконалювання системи утилізації відходів вугільного виробництва з метою містобудівного використання територій (рекультивація териконів)".

Метою дослідження є теоретичне і експериментальне обгрунтування одержання горілопородного бетону шляхом встановлення закономірностей формування його мікроструктури, представленою в'яжучим на основі вапна і горілих шахтних порід із підвищеним вмістом втрат при прожарюванні та сірчаних сполук.

Задачі досліджень:

·

·

·

·

·

·

Наукова новизна отриманих результатів полягає в такому:

·

·

·

·

Обгрунтованість і достовірність наукових положень і висновків підтверджуються значеннями експериментальних даних, отриманих на основі сучасних методів досліджень, статистичним аналізом отриманих залежностей із довірчою імовірністю 0,95, відповідністю результатів лабораторних і промислових іспитів теоретичним передумовам.

Практичне значення отриманих результатів:

·

·

·

Особистий внесок здобувача полягає в такому:

·

·

·

·

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідались і обговорювалися на науково-технічних конференціях: "Ресурсозбереження і екологія промислового регіону" (м.Макіївка, 1995 р.); "Індивідуальний житловий будинок" (м.Вінниця, 1998 р.).

Публікації. Результати досліджень опубліковані в 9 наукових працях (7 статей у науково-технічних збірниках; 2 - у матеріалах науково-технічних конференцій).

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти глав, висновків, списку літератури з 140 найменувань на 13 сторінках і 5 додатків на 58 сторінках. Містить 112 сторінок основного тексту, 29 рисунків, 28 таблиць, 18 повних сторінок із рисунками і таблицями.

ЗАГАЛЬНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми, сформульовано ціль і задачі досліджень, наведено основні наукові результати, показано їх практичне значення і область реалізації.

У першому розділі виконано аналітичний огляд досліджень по одержанню будівельних матеріалів із промислових відходів, у тому числі силікатних бетонів автоклавного твердіння з використанням відходів вуглевидобутку і вуглезбагачення.

У роботах П.І.Боженова, Л.С.Болквадзе, П.П.Буднікова, О.В.Волженського, Л.Й.Дворкіна, О.Г.Джапарідзе, Г.І.Книгіной, Т.І.Міхєєвой, І.Я.Слободяника, Г.Н.Сіверцева, В.М.Старчука, В.В.Попова та інших вчених встановлено хіміко-мінералогічний склад і властивості горілих порід, викладено основи технології виробництва бетонів із їхнім використанням. Показано, що мінеральний склад порід шахтних териконів має аргілітово-алевролітове походження, а хімічний склад коливається в широких межах, що обумовлено, насамперед, різним ступенем їхнього випалу. При неповному випалі шахтні породи містять низку домішок, серед яких особливо небезпечні вуглисті частки, що не згоріли і характеризуються підвищеною гідрофільністю та здатністю до значних об'ємних перетворень при зміні вологості. Вміст у породі сірчаного ангідриду SO3 може викликати сульфатну корозію каменю в'яжучого. Встановлено, що ці домішки в дрібнодисперсній фракції горілих порід зустрічаються в значно більшій кількості, ніж у крупній. У цьому зв'язку в раніше виконаних дослідженнях в основу переробки горілих порід шахтних териконів у компоненти бетонних сумішей прийнято збагачення горілих порід шляхом відсіву дрібних фракцій і подрібнення крупних фракцій із наступним використанням дробленої частини породи як заповнювача або складової вапняно-горілопородного в'яжучого.

Аналіз гранулометричного складу шахтних порід Донбасу свідчить про те, що в їхній структурі дрібнодисперсна фракція (менше 5 мм) складає до 40...45%. ДСТУ Б В.2. 7-17-95 обмежує максимальний вміст часток палива, що не згоріли, у золах, шлаках, горілих породах до 5%. У той же час відомо, що загальні втрати при прожарюванні (в.п.п.), як характеристика хімічного складу горілих порід, включають також втрати при дегідратації глинистих мінералів (каолініт, пірофіліт, монтморилоніт). Отже при оцінці якості горілопородної сировини необхідно більш точне визначення вмісту органічних речовин у загальному балансі в.п.п.

Дослідженнями П.П.Буднікова показано, що глинисті мінерали здатні хімічно взаємодіяти з гідроксидом кальцію з утворенням гідроалюмінатів кальцію і гідросилікатів кальцію різної основності. При цьому з підвищенням дисперсності глинистого компонента зв'язування Ca(OH)2 відбувається значно активніше (Б.М.Виноградов). Це узгоджується з уявленнями О.Г.Ольгінського, який показав, що ступінь впливу мінералів-наповнювачів на процеси контактоутворення в тверднучих системах, залежить від їхньої дисперсності.

Таким чином, дрібнодисперсну фракцію горілих порід з вмістом органіки до 5% після ретельного помелу можна використовувати як компонент в'яжучого. Для прискорення твердіння і підвищення міцності вапняно-горілопородних бетонів застосовують хімічні активатори, серед яких особливо ефективний гіпсовий камінь (Г.Н.Сіверцев, Г.І.Книгіна).

З метою прогнозування утворення можливих продуктів реакцій в системі CaO-Al2O3-SiO2-H2O проведено розрахунки термодинамічних характеристик, що полягають у визначенні ентальпії реакції і величини ізобарно-ізотермічного потенціалу процесу (В.І.Бабушкін, О.П.Мчедлов-Петросян, Т.В.Кузнєцова). Визначено термодинамічні характеристики і при різних значеннях температури реакцій для таких складових горілої породи: каолініту, а також продуктів його поліморфних перетворень при нагріванні – метакаолініту і муліту (табл.1). Крім того, у розрахунках реакцій приймалася активна залізиста складова породи оксид заліза Fe2O3 – продукт окислювання піриту. Як можливі варіанти продуктів твердіння прийнято низько- і високоосновні гідросилікати кальцію, гідроалюмінати і гідроферити кальцію, етрінгіт, а також сульфат заліза і його гідроксид.

Порівняльний аналіз термодинамічних розрахунків дозволяє зробити ряд узагальнень. Дегідратовані алюмосилікати і гідроалюмосилікати як складові горілої породи здатні взаємодіяти з гідроксидом і сульфатом кальцію з утворенням в інтервалі температур 25…95°С переважно високоосновних гідросилікатів кальцію і етрінгіта (реакції 1, 3, 5), а при температурі 184°С спрямованість процесу гідратації характеризується достатньо високою можливістю утворення низькоосновних гідросилікатів кальцію (реакції 2, 3, 6). У аналізованих системах є присутнім оксид заліза, що, як правило, гідратується до Fe(OH)3 із подальшим утворенням комплексної сполуки – гідрофериту кальцію.

Таблиця 1

Значення ізобарно-ізотермічного потенціалу реакцій гідратації мулітової,

метакаолінітової і каолінітової складових вапняно-горілопородного в'яжучого

№ Рівняння реакції -,кДж/моль

298К 368К 457К

1 3Al2O3Ч2SiO2+13Ca(OH)2+9(CaSO4Ч2H2O)+Fe2O3+63H2O= 2(2CaOЧSiO2ЧH2O)+3(3CaOЧAl2O3Ч3CaSO4Ч31ЧH2O)+2Fe(OH)3 1675 1185 565

2 3Al2O3Ч2SiO2+6Ca(OH)2+Fe2O3+31H2O=3CaOЧ2SiO2Ч3H2O+ +3(CaOЧAl2O3Ч10H2O)+2Fe(OH)3 509 603 750

3 Al2O3Ч2SiO2+7Ca(OH)2+3(CaSO4Ч2H2O)+Fe2O3+21H2O= =2(2CaOЧSiO2ЧH2O)+3CaOЧAl2O3Ч3CaSO4Ч31H2O+2Fe(OH)3 944 789 591

4 3(Al2O3Ч2SiO2)+13Ca(OH)2+3(CaSO4Ч2H2O)+Fe2O3+82H2O= =2(2CaOЧ3SiO2Ч2,5H2O)+3(3CaOЧAl2O3Ч3CaSO4Ч31ЧH2O)+2Fe(OH)3 8623 8144 7512

5 Al2O3Ч2SiO2Ч2H2O+7Ca(OH)2+3(CaSO4Ч2H2O)+Fe2O3+19H2O=2(2CaOЧSiO2ЧH2O)+3CaOЧAl2O3Ч3CaSO4Ч31ЧH2O+2Fe(OH)3 788 633 435

6 3(Al2O3Ч2SiO2Ч2H2O)+13Ca(OH)2+3(CaSO4Ч2H2O)+Fe2O3+76H2O= =2(2CaOЧ3SiO2Ч2,5H2O)+3(3CaOЧAl2O3Ч3CaSO4Ч31ЧH2O)+2Fe(OH)3 7834 7351 6720

На основі проведеного аналізу запропоновано робочу гіпотезу про можливість участі малоактивних недегідратованих і дегідратованих аморфізованих алюмосилікатів, що містяться в горілих породах, у синтезі продуктів твердіння в'яжучого. Їхня реакційна здатність значно зростає при збільшенні ступеня дисперсності і підвищення температури твердіння в умовах автоклавної обробки.

В другому розділі для рішення поставлених у роботі задач розроблено блок-схему лабораторних і виробничих досліджень (рис. 1).

Досліджено представницькі проби горілих порід з 13 териконів шахт Луганської області, хімічний склад яких представлено такими оксидами, %: SiO2 (50,4...63,4); Al2O3 (15…29,8); Fe2O3 (6,4…17,8); CaO (0,8…5,4); MgO (0,7…1,8); SO3 (0,2…7,3); в.п.п. (1,8…11,5). Незалежно від коливань вмісту основних оксидів всі досліджувані породи мають дуже низький модуль основності: Мо=0,02...0…0,09. Але за величиною глинітно-залізистого модуля (Мг.з. =0,43…0,67), запропонованого професором Г.І.Книгіной для оцінки гідравлічної активності алюмосилікатних сировинних матеріалів, ці горілі породи є високоактивними.

Рис. 1. Блок-схема лабораторних і виробничих досліджень

Як основні об'єкти досліджень прийнято породи чотирьох відвалів шахт, що розробляли коксівне та енергетичне вугілля марок Ж, Г і Д із діапазоном Мг.з.= 0,43…0,67, вмістом сірчаних сполук у перерахунку на SO3 у межах 0,93...7,31% і в.п.п. - 2,36…11,50%. Для активізації твердіння бетонів використано кальцієве вапно Лисичанського і Березовського заводів з вмістом (CaО+MgО) - 77…79% і гіпсовий камінь Деконського кар'єра з вмістом CaSO4Ч 2H2O не менше 90%.

У дисертаційній роботі окрім стандартних методів для визначення фізико-механічних властивостей горілої породи в'яжучих і бетонів на їх основі використано спеціальні методи аналізу: петрографічний (поляризаційний мікроскоп МИН-8), фотоколометричний (фотоколориметр КФК-3 і плазмовий аналізатор рідини ПАЖ-1). Визначення фазового складу продуктів твердіння в'яжучих виконано за допомогою деріватографічного (деріватограф МОМ-5) і рентгенофазового (установка ДРОН-3) аналізу.

Для одержання достовірних експериментальних даних результати досліджень оброблено методами математичної статистики.

У третьому розділі наведено результати досліджень складу і властивостей вихідних горілих порід, визначено оптимальний склад в'яжучого, вивчено вплив умов твердіння вапняно-горілопородного в'яжучого на формування продуктів його гідратації.

Методом термогравіметрії визначено величину втрат при прожарюванні горілих порід шахт "Лотіково-1", "Лотіково-2", "Брянка" та ім. Тітова. При цьому вивчалися такі температури випалу, що за даними О.В.Волженського відповідають інтервалу дегідратації каолініту (600…800 оС), порогові розкладу метакаолініту (700…900 оС), а з іншого боку такі, за якими вигоряння органіки відбувається нижче температури дегідратації каолініту. Встановлено, що вміст органіки не перевищує 4,5%, а залишкова величина в.п.п. припадає на продукти дегідратації алюмосилікатів (рис. 2).

Рис. 2. Залежність втрат маси при прожарюванні горілої породи від температури t:

1, 2, 3, 4 – проби горілих порід шахт "Лотіково-1"; "Лотіково-2"; ім. Тітова; "Брянка";

І - зона згоряння вуглистих часток; ІІ - зона дегідратації глинистих мінералів

Ці дані узгоджуються з результатами визначення вмісту вугілля за наближеною методикою, що заснована на інтенсивності поглинання горілою породою метиленового блакитного з розчину концентрації 0,5 г/л. Горілі породи шахт "Лотіково-1" та "Лотіково-2" більш інтенсивно поглинають також із розчину вапно, що обумовлено підвищеним вмістом в.п.п. і відповідає даним про підвищену адсорбційну ємність глинистих мінералів у порівнянні з продуктами їхнього випалу.

Слід також зазначити, що ступінь випалу порід навіть у межах одного терикону значно відрізняється. Так, у пробах дрібнодисперсних фракцій горілих порід на рентгенограмах ідентифіковано дифракційні піки, характерні для каолініту (d=0,357; 0,332; 0,194; 0,189; 0,167 нм), монтморилоніту (d=0,260; 0,222; 0,155 нм), пірофіліту (d=0,458; 0,308; 0,185; 0,157 нм), гематиту (d=0,269; 0,184; 0,148 нм) і -кварцу (d=0,334; 0,228 нм)., Проби, що відібрані з добре спікливих кусків породи мають значно меншу інтенсивність дифракційних відбитків, характерних для глинистих мінералів, в той же час ідентифіковано муліт (d=0,289; 0,188; 0,140нм), а перекручена кристалічна структура метакаолініту на рентгенограмах не дає чітких дифракційних відбитків.

Отже, досліджувані горілі породи містять як основні складові такі мінерали, що прийняті для термодинамічних розрахунків у теоретичних передумовах досліджень. Можливість їх використання як дрібномелений компонент в'яжучого має бути підтверджена дослідженнями основних властивостей в'яжучих та фазового складу продуктів їх гідратації.

Виконано оптимізацію складу вапняно-горілопородного в'яжучого за критерієм межі міцності при стиску. Встановлено, що основними чинниками оптимізації є активність сухої суміші Асм. ,% та вміст вапна в складі в'яжучого (, %). Максимальне значення межі міцності при стиску каменю в'яжучого, що твердів у нормальних умовах, відповідає активності суміші Асм. =7...9% і ()=15…20%. При цьому міцність зразків на основі горілої породи шахти "Лотіково-1" є найменшою, що обумовлено, певно, найбільшим вмістом у її складі в.п.п. (рис. 3).

Рис. 3.Залежність межі міцності при стиску sст каменя в'яжучого нормального твердіння від активності сухої суміші Асм

1, 2, 3, 4 – горіла порода шахт ім.Тітова; “Брянка”; “Лотиково-2”; “Лотиково-1”; а, б, в, г – вміст у в'яжучому (CaO+MgO) – 15%; 20%; 25%; 30%, відповідно

Автоклавна обробка зразків в'яжучих дозволяє майже в 1,5 рази підвищити їхню міцність, причому чіткої кореляційної залежності між міцністю каменю в'яжучого та вмістом у горілій породі SO3 і в.п.п. не спостерігається. Це свідчить про посилення її гідратаційної активності і більш повне зв'язування гідрату окису кальцію в умовах запарювання в автоклаві.

Рентгенограми зразків в'яжучих, пропарених при t=95°С на різних пробах породи, дозволили встановити переважно алюмосилікатний характер твердіння і ідентифікувати у складі продуктів гідратації гідроалюмінати та гідроферити кальцію, етрінгіт, портландит, а також гідросилікати кальцію різної основності CSH (II), C2S3H2,5, що підтверджується екзоефектами на кривих ДТА при температурах 715…730°С і 830…860°С. При цьому ступінь гідратації пропарених в'яжучих практично не залежить від виду горілої породи ( 18,9…20,2%).

На рентгенограмах в'яжучих автоклавного твердіння відсутні дифракційні відбитки гіроліту, портландиту та гідрофериту кальцію. Проте, ідентифіковано гідрогранати, гілебрандит, а також гідросилікат кальцію – тоберморит. Деріватографічними дослідженнями істотних відмінностей у пробах в'яжучого на основі різних горілих порід не виявлено. Збільшення втрат при прожарюванні в інтервалі температур 120…150оС, а також відсутність ендоефектів в інтервалі 500…530оС свідчить про більш повне зв'язування вапна і підвищення ступеня гідратації в'яжучого в зразках. Отже, розходження у вмісті в горілій породі в.п.п. і SO3 (2,4…11,5% і 0,9…7,3%, відповідно) істотно на фазовий склад продуктів твердіння не впливає. Підвищення температури твердіння в'яжучого від 95оС при пропарюванні до 175оС при автоклавній обробці обумовлює утворення переважно низькоосновних гідросилікатів кальцію і більш повне використання вапна в синтезі новотворів, що підтверджує робочу гіпотезу.

У четвертому розділі виконано оптимізацію складів щільного і поризованого горілопородних бетонів, досліджено їх основні фізико-механічні й експлуатаційні властивості, а також корозійну стійкість щільного бетону в агресивних середовищах.

При оптимізації складів бетонів був використаний трифакторний план експерименту. Як чинники складу бетону щільної структури прийнято: активність суміші Х1(Ас, %)=6…8, водов'яжуче відношення Х2 (В/В)=0,67…0,89 і вміст піщаної фракції в дрібнозернистому бетоні Х3(П)=0,65…0,75. Для поризованого бетону: активність суміші Х1(Ас, %)=18…22, витрати алюмінієвої пудри Х2(mAl, кг/м3)=0,32…0,4 і водов'яжуче відношення Х3 (В/В)=0,58…0,78. Як параметри оптимізації прийнято межу міцності при стиску щільного горілопородного бетону Y1 (sст, МПа) – не менше 32 і середню щільність поризованого бетону Y2 ( ,кг/м3) – не менше 600.

Регресійний аналіз виконано за допомогою програми “Астат 2.0”, з урахуванням оцінки значимості коефіцієнтів отримано такі рівняння:

(1)

(2).

Інформаційну здатність і адекватність математичних моделей перевірено за допомогою критерію Фішера. Коефіцієнти множинної кореляції для моделей (1, 2) становлять 0,96 і 0,94 відповідно, а графічну інтерпретацію моделей подано на рис. 4, 5.

Рис. 4. Залежність межі міцності при стиску (ст, МПа) щільного горілопородного бетону від активності сухої суміші (X1, %) і водов'яжучого відношення (X2) Рис. 5.Залежність середньої щільності (0, кг/м3) поризованого горілопородного бетону від активності сухої суміші (X1, %) і витрати алюмінієвої пудри (X2, кг/м3)

Теплофізичні властивості щільних і поризованих горілопородних бетонів у залежності від середньої щільності бетону в сухому стані характеризуються показниками коефіцієнта теплопровідності в межах 0,33…0,52 і 0,15…0,22 Вт/мЧК, відповідно. Ці дані можуть бути використані для теплотехнічного розрахунку зовнішніх огороджувальних конструкцій за відомими формулами і нормативами (рис. 6).

Рис. 6. Залежність коефіцієнта теплопровідності l поризованого автоклавного бетону від його середньої щільності r0: 1 – бетон у сухому стані; 2 – вологість бетону 12% по масі; 3 – вологість бетону 15% по масі.

Підвищені вимоги ставляться до морозостійкості горілопородних бетонів, тому що вуглисті частки, що не згоріли і містяться в породі, а також і глина викликають її різке зниження. У той же час, установлено, що у випадку використання горілих порід (із показниками в.п.п.=2,36…11,50%) як дрібномеленого компонента в'яжучого бетони автоклавного твердіння щільної структури мають марку за морозостійкістю не менше F100 (табл. 2).

Характерно, що високі теплозахисні властивості горілопородних бетонів, їхня задовільна морозостійкість і деформативність поєднуються з відносно низькою корозійною стійкістю бетонів, принаймні у сульфатному середовищі. Певно це пов'язано з підвищеним вмістом у горілих породах сірчаних сполук і визначає область застосування горілопородних бетонів (табл. 3).

Таблиця 2.

Морозостійкість щільних автоклавних бетонів

Найменування шахти, - в.п.п., % Марка бетону Чинники морозостійкості бетону

зростання (+), зниження (-) межі міцності при стиску, % признаки руйнування

після кількості циклів

75 100 150 75 100 150

ім. Тітова - 8,30 250 +14,2 +9,3 -9,8 відсутні лущення

“Брянка” - 2,36 200 +11,4 +8,5 -6,4 те ж те ж

“Лотіково-1” - 11,50 300 +7,5 +3,4 -10,2 те ж лущення, тріщини

“Лотіково-2” - 6,50 300 +10,5 +4,4 -8,9 те ж те ж

У п'ятому розділі наведено результати реалізації досліджень. Розроблено і введено вперше на території України технічні умови на вапняно-горілопородне в'яжуче, у яких відбито нові вимоги щодо максимального вмісту шкідливих домішок у горілопородній сировині для в'яжучого автоклавного твердіння (в.п.п. – не більше 12%; SO3 – не більше 8%), а також технічні умови на блоки стінові з щільного і поризованого горілопородних бетонів.

З урахуванням результатів досліджень розроблено раціональну енерго- і ресурсозберігаючу технологічну схему виробництва вапняно-горілопородного в'яжучого та автоклавних горілопородних бетонів за якою побудовано завод ВО "Домобудівельник" (м.Лисичанськ, Луганська область) потужністю 200 котеджів (40 тис. м2 житла) на рік. Номенклатурою виробів (табл. 3) передбачено випуск елементів з горілопородного бетону для житлових будинків за п'ятьма архітектурно-планувальними рішеннями.

Таблиця 3

Номенклатура деталей котеджу

Найменування виробів Одиниці виміру Обсяг випуску на рік

Стінові блоки внутрішніх стін із щільного горілопородного бетону м3 17000

Блоки стін підвалу м3 6000

Плити перекриття м3 8000

Стінові блоки для зовнішніх стін із поризованого горілопородного бетону м3 19000

Вироби горілопородні дрібноштучні млн. шт. 10

Заводом виготовлено дослідні, а потім промислові партії в'яжучого, дрібного горілопородного заповнювача та виробів з горілопородного бетону (табл. 4), результати випробувань яких показали повну відповідність їхніх експлуатаційних характеристик нормативним вимогам. Вироби горілопородні дрібноштучні у 1997 році сертифіковано у системі УкрСЕПРО (сертифікат відповідності № UA 1.039.12234-97).

Таблиця 4.

Обсяг випуску продукції

Найменування продукції Одиниця виміру Обсяг випуску за роками

1996 1997 1998 1999

Вироби горілопородні дрібноштучні м3 400 250 870 180

Вапняно-горілопородне в'яжуче т 218 128 430 123

Дрібний заповнювач т 469 320 949 292

Блоки стін підвалу м3 60 107 43 82

Техніко-економічні розрахунки показали, що зниження собівартості продукції на основі техногенної сировини – горілої шахтної породи, у порівнянні з традиційними силікатобетонними виробами, складає 6,69 грн/м3 (23%).

ВИСНОВКИ

1. Теоретично обгрунтовано і експериментально доведено можливість утилізації горілих порід шахтних териконів Донбасу із широким діапазоном складу, у тому числі за вмістом втрат при прожарюванні (в.п.п.) і сірчаних сполук, у компоненти конструкційних і конструкційно-теплоізоляційних силікатних бетонів автоклавного твердіння.

2. Оптимізовано склади вапняно-горілопородних в'яжучих марок 200…300, щільних і поризованих бетонів з використанням горілих порід з підвищеним вмістом в.п.п. і SO3 - 11,5% і 7,31%, відповідно.

3. Встановлено, що щільні горілопородні бетони характеризуються такими показниками якості: межа міцності на стиск – 10…30 МПа; марка за морозостійкістю – F100; коефіцієнт теплопровідності у сухому стані – 0,35…0,55 Вт/м*К; модуль пружності для бетону марки М200 – 16,3*103 МПа; деформації усадки при висиханні – не більше 0,14 мм/м; коефіцієнт корозійної стійкості у сульфатному середовищі – менше 0,8. Поризовані горілопородні бетони характеризуються такими властивостями: середня щільність у сухому стані – 700…900 кг/м3; межа міцності на стиск – 3,5…5,0 МПа; марка за морозостійкістю – не менше F15; коефіцієнт теплопровідності у сухому стані – 0,16…0,28 Вт/м*К; деформації усадки при висиханні – не більше 0,46 мм/м.

4. Методами РФА і ДТА показано, що вміст вугілля, що не згоріло, і недегідратованих глинистих мінералів (в.п.п.) до 12%, і сірчаних сполук до 8% (у перерахунку на SO3) не має негативного впливу на синтез новоутворень вапняно-горілопородного в'яжучого автоклавного твердіння.

5. Розроблено і впроваджено технічні умови ТУ 7 України 02498168 - 04-93 “Речовина в'яжуча вапняно-породна”, ТУ 7 України 02498168-02-92 “Блоки стінові з ніздрюватих породосилікатобетонів для житлових і громадських будинків”, ТУ 7 України 02498168-001-92 “Блоки стінові з щільних породосилікатобетонів для житлових і громадських будинків”.

6. Виконано енерго- і ресурсозберігаючу технологію комплексної переробки горілопородної сировини для виробництва компонентів щільних і поризованих горілопородних бетонів автоклавного твердіння.

7. Результати досліджень впроваджено на побудованому в 1993-95 рр. заводі ВО "Домобудівельник" (м.Лисичанськ, Луганська обл.). Випущено промислові партії вапняно-горілопородного в'яжучого, дрібного заповнювача, виробів дрібноштучних з горілопородного бетону. Річний економічний ефект при випуску дрібноштучних стінових виробів по запропонованій технології становить 169,07 тис. грн.

Основні положення дисертації опубліковані в роботах:

1. НазароваА.В., НарстА.Л. Горелопородные бетоны автоклавного твердения // Научно-технический сборник Донецкого ПромстройНИИпроекта "Современные проблемы строительства". - ООО "Лебедь", Донецк, 1997. – С. 95-97.

2. НазароваА.В. Бесклинкерное горелопородное вяжущее// Вестник ДГАСА. – 1998. – Вып.98-1 (9). – С.99-103.

3. НазароваА.В. Оптимизация состава плотного горелопородного бетона автоклавного твердения // Вестник ДГАСА. – 1998. – Вып.98-1 (9). – С. 103-107.

4. НазароваА.В. Оптимизация состава поризованного бетона на основе горелой породы.// Вестник ДГАСА. – 1999. – Вып.99-2 (16). – С. 66-68.

5. МатвиенкоВ.А., НазароваА.В. Исследование и эффективное использование техногенного сырья в условиях реновации строительной индустрии (региональный аспект) // Приднепровская ДГАСА. Сб. научных трудов "Проблемы реконструкции и эксплуатации промышленных и гражданских объектов". – Днепропетровск.– 1999. – С. 114-118.

6. УваровЕ.П., ЗамиховскийМ.А., НазароваА.В. Концепция регионального развития отходоперерабатывающих предприятий для строительного комплекса Донбасса// Труды междунар. конф. "Ресурсосбережение и экология промышленного региона". Т 1.–Макеевка:-1995. – С. 137-141.

7. МатвиенкоВ.А., НазароваА.В., ПлотниковаГ.В. Социально-экономические проблемы внешнеэкономических связей региона // Сб. научных трудов. – Донецк, НАН Украины, ин-т экономики промышленности, 1996. – С. 101-107.

8. МатвієнкоВ., БратчунВ., ПовзунО., НазароваА. Будівельні матеріали з відходів виробництв // Наукові записки. Вип.1. – К, 1998. – С. 352-360.

9. НазароваА.В. Шахтные горелые породы как эффективное сырье для производства строительных материалов и изделий // "Індивідуальний житловий будинок". Друга республіканська науково-технічна конференція. – Вінниця, 1998., - С.130-133.

Особистий внесок здобувача в цих роботах. Всі основні результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. У публікаціях автором виконано: дослідження хімічного складу, фізико-механічних властивостей горілих порід та горілопородних бетонів [1, 8]; оптимізація складу вапняно-горілопородного в'яжучого [2]; оптимізація складу горілопородних бетонів щільної і поризованої структури за математичними моделями [3, 4]; дослідження експлуатаційних характеристик горілопородних бетонів та визначення області їх використання [5, 9].

АННОТАЦИЯ

НазароваА.В. Горелопородные бетоны автоклавного твердения. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05.- Строительные материалы и изделия. – Донбасская государственная академия строительства и архитектуры, Макеевка, 2000.

Диссертация посвящена решению актуальной задачи – теоретическому и экспериментальному обоснованию получения горелопородного бетона, приближающегося по качеству к традиционным силикатным бетонам автоклавного твердения, путем установления закономерностей формирования его микроструктуры, представленной вяжущим на основе извести и горелых шахтных пород с повышенным содержанием вредных примесей в виде несгоревшего топлива, глинистых минералов и сернистых соединений. Термодинамическими расчетами определены наиболее характерные реакции взаимодействия составляющих горелых пород с активизаторами твердения – известью и гипсом. Показано, что с повышением температуры протекания реакций возрастает вероятность образования в составе продуктов гидратации вяжущего низкоосновных гидросиликатов кальция. Изучены минеральный и химический состав горелых пород 13 терриконов шахт Луганской области. Показано, что все исследованные пробы характеризуются высоким показателем глинитно-железистого модуля (Мг.ж.=0,43…0,67) и обладают высокой гидравлической активностью. В то же время отмечены значительные колебания химического состава, степени обжига пород даже в пределах одного террикона. Предложено мелкие фракции горелых пород, содержащие повышенное количество вредных примесей, тонко измельчать и использовать в качестве компонента вяжущего. Оптимизированы составы известково-горелопородного вяжущего марок 200…300. Установлено, что основными факторами, определяющими прочность камня вяжущего, являются, активность сухой смеси (Асм.=7…9%) и содержание извести в составе вяжущего ()=15…20%.

Комплексными исследованиями фазового состава продуктов гидротермального синтеза известково-горелопородного вяжущего установлен преимущественно алюмосиликатный характер его твердения при пропаривании при атмосферном давлении. Запаривание вяжущего в автоклаве способствует повышению его степени гидратации, образованию низкоосновных гидросиликатов кальция и гидрогранатов. При этом различное содержание в пробах горелых пород потерь при прокаливании (п.п.п.), сульфатов и сульфидов практически не оказывает влияние на состав продуктов твердения вяжущего и степень его гидратации.

Экспериментально-статистическими методами оптимизированы составы плотных и поризованных горелопородных бетонов, изучены их основные физико-механические и эксплуатационные свойства. Горелопородные бетоны плотной структуры имеют следующие показатели качества: предел прочности при сжатии – 10…30 МПа; морозостойкость – не менее 100 циклов, модуль упругости для бетона марки 200 – 16,3Ч103 МПа, коэффициент коррозионной стойкости в сульфатной среде – менее 0,8. Поризованные горелопородные бетоны характеризуются средней плотностью – 700…900 кг/м3, пределом прочности при сжатии – 3,5…5,0МПа, морозостойкостью – не менее 15 циклов, коэффициентом теплопроводности – 0,16…0,28 Вт/мЧК.

Разработаны и внедрены технические условия Украины на известково-горелопородное вяжущие, бетоны на его основе. Результаты исследований внедрены на построенном в 1993-95гг. заводе ПО "Домостроитель" (г.Лисичанск). Снижение себестоимости продукции на основе техногенного сырья – горелой шахтной породы, по сравнению с традиционными силикатобетонными изделиями, составляет 6,69 грн/м3 (23%).

Ключевые слова: известково-горелопородное вяжущее, горелопородный бетон, автоклавирование, физико-механические и эксплуатационные свойства.

АНОТАЦІЯ

НазароваА.В. Горілопородні бетони автоклавного твердіння. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05. – Будівельні матеріали і вироби. – Донбаська державна академія будівництва і архітектура, Макіївка, 2000.

Дисертація присвячена рішенню актуальної задачі – теоретичному і експериментальному обгрунтуванню отримання горілопородного бетону, що наближається за якістю до традиційних бетонів автоклавного твердіння, шляхом встановлення закономірностей формування його мікроструктури, представленої в'яжучим на основі вапна і шахтних горілих порід з підвищеним вмістом шкідливих домішок. Вивчено склад і властивості горілих порід шахтних териконів. Експериментально-статистично оптимізовано склади вапняно-горілопородного в'яжучого, щільного і поризованого горілопородних бетонів, визначено їх фізико-механічні і експлуатаційні властивості. Розроблено і введено технічні умови України на в'яжуче та бетони на основі горілих порід. Результати досліджень впроваджено на побудованому в 1993-95 рр. заводі ВО “Домобудівельник” (м.Лисичанськ).

Ключові слова: вапняно-горілопородне в'яжуче, горілопородний бетон, автоклавування, фізико-механічні і експлуатаційні властивості.

ABSTRACT

Nazarova A.V. Autoclave Concrete on the Base of Coal Mining Rock. – Manuscript.

The dissertation for a degree of candidate of technical sciences in speciality 05.23.05. – Building materials and products. – Donbass State Academy of Civil Engineering and Architecture, Makeyevka, 2000.

The thesis is devoted to solving of an actual problem - theoretical and experimental substantiation of deriving burnt coal mining rock concrete approaching on the quality to traditional autoclave silicate concrete, by an ascertaining of regularities its microstructure formation, introduced by binder on the basis of lime and coal mining rock. The composition and properties of coal mining rock have been investigated. The compositions of binder on the base of lime and, dense and porous concretes are experimentally-statistically optimised, their physical-mechanical as well as operation properties are investigated. The technical specifications of Ukraine on binder and concrete on the basis of coal mining rock are introduced. The results of researches are introduced at the factory, constructed in 1993-95 years.

Key words: lime-and-coal mine rock binder, coal mine rock concrete, autoclaving, physical-mechanical and exploitation properties.