6954

Из таблиц и диаграмм видно, что добавка микрокремнезема в количестве от 4 до 10 % от массы золы увеличивает прочность зольного камня, способствует своевременной гидратации зольно-кремнеземистой композиции. На основании полученных результатов можно сделать вывод о возможности применения зольных композиций для получения бесцементных вяжущих.

Полученные результаты подтверждаются данными рентгенофазового и дифферециально - термического анализов. Добавка микрокремнезема в составе зольного теста способствует образованию дополнительного количества гидросиликатов, которые обеспечивают повышение прочности. Проведенные исследования показали, что наилучшие результаты по срокам схватывания и прочности показали составы на основе высококальциевой золы-унос Красноярской ТЭЦ-2 с добавкой микрокремнезема в количестве 4 %. Композиции на основе золы ЭВРЗ имеют удовлетворительные прочностные показатели, однако отличаются короткими сроками схватывания, поэтому дальнейшие исследования проводились с использованием композиции на основе золы Красноярской ТЭЦ-2.

Для увеличения прочности зольно-кремнеиемистых композиций в их состав были введены минерализованные стоки в количестве от 1 до 4 % от массы сухих компонентов композиции.

Влияние минерализованных стоков на нормальную густоту зольного теста, сроки схватывания, равномерность изменения объема и прочность показано в табл. 6. и на рис. 2

Результаты исследований показали, что оптимальным является состав, содержащий 2 % солевых стоков от массы сухих компонентов, который обеспечивает получение композиции с прочностью при сжатии в 28 суток 48,9 МПа, сопоставимой с прочностью цементного вяжущего.

Исследования процессов структурообразования зольно-кремнеземистых композиций с добавкой минерализованных стоков, проведенные методами рентгенографического и диффе- ренциально-термического анализов показали, что хлориды, содержащиеся в минерализованных стоках, вступают

в реакции обмена или присоединения с минералами золы - унос, увеличивая при этом степень гидратации силикатных фаз, что способствует появлению новообразований в виде гидрохлоралюминатов кальция и высокоосновных гидросиликатов кальция - гиролит Результатом является то, что в твердеющей системе ускоряются процессы гид-

ратации в начальные сроки сразу после изготовления изделий, обеспечивая при этом раннее структурообразование композиции, а также ускоренный набор прочности материала и ликвидацию негативного влияния на СаОсв.

Основными продуктами гидратации силикатной фазы зольного камня в нормальных условиях являются тоберморитовый гель и гидрооксид кальция. Последний появляется в зольном камне на 14 сутки твердения, что свидетельствует о полном связывании хлор-ионов к этому сроку в гидрохлоралюминаты кальция.Минерализованные стоки увеличивают степень гидратации силикатов кальция. Количество связанной воды, определённой в диапазоне температур 200-500°С (дегидратация тоберморитового геля, гидроалюминатов и гидрохло-

ралюминатов кальция) на 14 сутки твердения для зольного камня, затворённого водой, составило 9,4 %, а промстоками 10,4 %. К 28 суткам твердения количество связанной воды увеличивается соответственно до 11,2 и 12,0 %.

Добавки-хлориды участвуют в образовании гидрохлоралюминатов, которые впоследствие в сочетании с гидросиликатами составляют основу первичного кристаллического каркаса, обрастание которого высокодисперсными тоберморитоподобными фазами повышает его плотность по сравнению с образцами без добавки. Температурные интервалы образования пиков кривых ДТА показывают, что при 115-150°С и 710-760 °С происходит двуступенчатая дегидратация 2СаО.3SiO2.2Н20 - гиролита, который кристаллизуется при 730-770°С с образованием a-CS.

Анализ кривых ТГ позволил провести расчет количества СаО содержащегося в соединениях СаСО3 и Са(ОН)2 в зависимости от содержания количества МК и сроков твердения. Результаты расчетов показаны в табл. 7.

Таблица 7

Из таблицы видно, что образование Са(ОН)2 при введении добавки микрокремнезема и минерализованных стоков уменьшается практически в два раза. Это говорит о том, что комплексное введение добавки МК и стоков способствует вступлению Са(ОН)2 в реакцию с микрокремнеземом образуя при этом прочный гидросиликат - гиролит. Количество непрореагировавшего СаО, содержащегося в соединениях СаСОз и Ca(OH)2, с увеличением расхода добавки микрокремнезема от 4 до 10 % возрастает не значительно. Следовательно, введение 10 % микрокремнезема не целесообразно т.к. практически 6 % не вступает в химическую реакцию и не способствует образованию дополнительного количества гидросиликатов.

Разработанные составы теплоизоляционного и конструкционнотеплоизоляционного пенобетона неавтоклавного твердения на основе бесцементных зольно-кремнеземистых композиций представлены в табл. 9, а свойства бетонов - в табл. 10.

Таблица 9

Теплоизоляционный пенобетон марки D 400, изготовленный на основе бесцементной зольнокремнеземистой композиции по основным свойствам соответствует требованиям, регламентируемым ГОСТ 25485-89. Таким образом, подтверждено теоретическое 'предположение о возможности получения теплоизоляционного пенобетона неавтоклавного твердения на основе бесцементного зольно-кремнеземистого вяжущего.

Однако пенобетон марки D 900 на основе бесцементной композиции имеет недостаточную прочность как в начальные сроки твердения после тепловлажностной обработки, так и спустя 28 суток, поэтому была рассмотрена возможность повышения прочностных показателей конструкционнотеплоизоляционного пенобетона за счет введения в состав композиции дополнительного количества портландцемента, т.е. был разработан состав малоцементного вяжущего.

Оптимальное количество добавки цемента было рассчитано методом математического планирования эксперимента с использованием матрицы планирования 3-х факторного эксперимента на двух уровнях варьирования. Целью реализации эксперимента были 5 параметров оптимизации: Y1 - плотность пенобетонной смеси, кг/м3; У2-плотность пенобетона, кг/и3; Y3- влажность пенобетона после тепловлажностной обработки, %; Y4- прочность при сжатии на 1 сутки после тепловлажностной обработки, МПа;, Y5 - прочность при сжатии на

28 сутки нормального твердения после тепловлажностной обработки, МПа. В качестве независимых переменных выбраны следующие факторы: Х| - расход цемента (масс., %) в диапазоне от 10 до 20, интервал варьирования составил 5 %; Х2 -- расход микрокремнезема (масс.., %) в диапазоне от 4 до 8, интервал варьирования 2%; Х3 - расход минерализованных стоков (мас., % сверх 100 % основной смеси) в диапазоне от 2 до 4, интервал варьирования 1%.

По полученным результатам были составлены уравнения регрессии, с помощью которых определены сочетания факторов, обеспечивающие заданные показатели выходных параметров.

Результаты расчетов адекватности полученных моделей плотности и прочности пенобетона после тепловлажностной обработки и спустя 28 суток после ТБО, показали, что фактические значения выходных параметров соответствуют расчетным.

Проверки гипотезы адекватности полученных моделей проводились с помощью критерия Фишера, а. также критерия Кохрена путем определения однородности дисперсии. Расчетные значения критериев Кохрена и Фишера меньше табличных значений, что свидетельствует об адекватности уравнений регрессии.

Установленная математическая зависимость между заданными свойствами пенобетона и расходом составляющих материалов позволила получить математические зависимости для поиска и назначения оптимального состава теплоизоляционно — конструкционного пенобетона неавтоклавного твердения.

Решение уравнений регрессии с учетом верхнего и нижнего пределов варьирования цемента, а также проведенные опытные исследования позволили определить оптимальные расходы компонентов для получения конструкцион- но-теплоизоляционного пенобетона на основе малоцементной композиции.

Было установлено, что добавка цемента в количестве 10 и 20 % от общей массы композиции дает возможность получить пенобетон марок D 900 и

D 1000 с прочностью при сжатии от 5,0 до 6,0 МПа. Составы конструкционнотеплоизоляционного пенобетона на основе малоцементных: композиций представлены в табл. 12.

К конструкционно-теплоизоляционному пенобетону, в отличие от теплоизоляциощюго предъявляются более высокие требования по физикомеханическим и эксплуатационным свойствам. Основным фактором, определяющим физико-технические и эксплуатационные свойства пенобетона, являются параметры его перового пространства. От него, кроме теплофизических свойств, зависят прочность, усадка, морозостойкость. Параметры пористости пенобетона на основе бесцементных: и малоцементных композиций изучены в сравнении с пенобетонами, полученными на основе традиционного портландцементного вяжущего и представлены в табл. 13.

Таблица13

Результаты исследования поровой структуры показали, что размер и характер пор пенобетона на основе бесцементных и малоцементных зольнокремнеземистых композиций практически идентичен показателям пористости пенобетонов на основе традиционных составов на портландцементном вяжущем.

Физико-механические свойства разработанных составов пенобетона на основе бесцементных и малоцементных зольно-кремнеземистых композиций, изучены на соответствие требованиям ГОСТ и представлены в табл. 14.

Результаты исследований показали, что разработанные составы теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного пенобетона полностью соответствуют требованиям ГОСТ, предъявляемым для пенобетонов неавтоклашгогс твердения марок D400, D 900 и D 1000.

Пятая глава содержит описание технологического процесса получения пенобетона и изделий из него на примере выпуска мелкоштучных стеновых пенобетонных блоков, а также результаты производственных испытаний и технико-экономическое обоснование производства пенобетона неавтоклавного твердения на основе разработанных бесцементных и малоцементных композиций,

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны теоретические положения твердения и обоснована возможность получения бесцементных композиций, обладающих вяжущими свойствами на основе высококальциевой золы-унос, микрокремнезема и солевых стоков металлургического производства.

2.Теоретически обоснована и практически подтверждена возможность использования бесцементной зольно-кремнеземистой композиции для получения пенобетонов неавтоклавного твердения, что открывает новые возможности для утилизации отходов теплоэнергетической и металлургической промышленности.

3.Определен оптимальный состав бесцементной композиции, обладающей вяжущими свойствами, которая состоит из 96 % высококальциевой золыунос и 4 % микрокремнезема Для повышения прочности композиции и ускорения ее твердения в состав дополнительно вводятся солевые стоки в количестве 2 % от массы сухих компонентов, что позволяет получить бесцементное вяжущее с прочностью 48,9 МПа. в возрасте 28 суток нормального хранения. Сроки схватывания разработанной композиции соответствуют требованиям ГОСТ на цементное вяжущее и составляют: 55 минут - начало схватывания; 2 часа - конец схватывания.