XIV Міжнародна наукова інтернет-конференція ADVANCED TECHNOLOGIES OF SCIENCE AND EDUCATION

Русский English




Научные конференции Наукові конференції

д.т. н. проф. Братчун В.И., к. т. н. Нагорная Н.П. КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ПОВЫШЕННОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТСЕВА ДРОБЛЕНИЯ ОТВАЛЬНОГО МАРТЕНОВСКОГО ШЛАКА

д.т. н. проф. Братчун В.И. Донбасская Гос. Строительная Академмя
к. т. н. Нагорная Н.П. Дон НУЕТ ім, М. Туган -Барановського

КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ПОВЫШЕННОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТСЕВА ДРОБЛЕНИЯ ОТВАЛЬНОГО МАРТЕНОВСКОГО ШЛАКА

Ежегодно в Украине образуется около 1 млрд. тонн отходов производства и потребления, из которых только 10-15 % используются как вторичные материальные ресурсы, а остальные поступают в шлакона-копители, терриконы, хранилища. Одним из многотоннажных отходов металлургической промышленности являются отвальные сталеплавильные мартеновские шлаки, которые составляют 9-11% от объема производства стали. При переработке сталеплавильных мартеновских шлаков на щебень образуется отсев, до 30% от перерабатываемого мартеновского шлака. Одним из эффективных направлений утилизации отсева дробления мартеновских шлаков является использование его в качестве заполнителя при производстве гидроизоляционного кирпича и плит дорожных тротуарных.
Целью исследования является теоретическое и экспериментальное обоснование получения гидроизоляционного кирпича и дорожных тротуарных плит с использованием отсева дробления отвального мартеновского шлака на основе установления закономерностей формирования структуры вододегтешлакового и цементного бетонов.
Для исследования приняты следующие компоненты. Типичные каменноугольные дорожные дегти (гост 4647), вода затворения (гост 23732), активатор вяжущих свойств отвального мартеновского шлака и вяжущее для производства дорожной тротуарной плитки - портланд цемент марок 400 и 500 (ДСТУ ВВ.2.7-46-96), поверхностно-активные вещества СДБ (ОСТ 81-79-74) и СДО (ТУ 81-05-2-78), ускоритель твердения цементного камня - NаОН (гост 2263), отсев дробления отвального мартеновского шлака Макеевского металлургического комбината (ОДОМШ).
В настоящей работе кроме стандартных, использован ряд специальных методов исследований: пластометрия (пластометр П.А. Ребиндера), резонансно-акустический метод (установка ИГ-1р И.Г. Гранковского), электронная сканирующая микроскопия (растровый микроскоп ИСИ-60А английской фирмы «ЮНИ-ЭКСПЕРТ»), термогравиметрия (дифрактометр УРС-50 им с приставкой УР-4); инфракрасная спектроскопия (спектрограф ИR-20 «Specord»).
Р работе установлено, что ОДОМШ обладает вяжущими свойствами, замедленно проявляющимися в процессе гидратации. Процесс гидратации практически прекращается к двум годам воздушно-сухого твердения.
Введение 2 % портландского цемента М 400 значительно повышает прочность шлакового камня в возрасте 28-90 суток, практически не проявляясь к году гидратационного твердения. Катионы Са+, образующиеся из водного раствора Са(ОН)2 -(продукт гидролиза трехкальциевого силиката портландского клинкера) разрушают оболочку из Аl(ОН)3 и Si(ОН)4 на гидратированных участках шлака. В результате этого обнажаются и становятся доступнее для воды более глубокие участки стекловидной фазы шлаковых частиц. Это приводит к дальнейшему гидролизу и гидратации гидравлически активных минералов шлака.
Анализ кривой динамики твердения шлакового камня, активированного портландцементом, свидетельствует о неравномерном проявлении вяжущих свойств. На участках 90-180 суток и 1...2 года наблюдается падение прочности шлакового камня.
С помощью сканирующей электронной микроскопии установлено возникновение сетки характерных трещин синерезиса на обширных участках гелевых новообразований. Это связано, прежде всего, с контракцией гидратных новообразований. По трещинам происходит выделение связанной гелем воды. Происходит карбонизация гидроксида кальция в результате поглощения последним СО2 (углекислого газа] из воздушной среды. На усовершенствование структуры образующихся карбонатов, указывает улучшение формы эндоэффекта на деривато-граммах с экстремумом 840°С .
Данные на двухлетних дифрактограммах свидетельствуют об отсутствии новых рефлексов, характерных при синтезе новых кристаллических фаз в количестве большем, чем предел чувствительности метода (5% и выше]. На дифрактограммах фиксируется лишь рост рефлексов карбанатов (кальцит, марганцовистый кальцит и меганокальцит).
С целью обеспечения наиболее эффективных условий взаимодействия компонентов влажной дегтешлаковой смеси (ВДШС) на их общей поверхности раздела фаз принята следующая технология производства смеси: в асфальтосмеситель подают ОДОМШ, подогретый до 70-80 °С -перемешивают 10 секунд - вводят портландцемент - перемешивают 5 секунд - подают в смеситель органическое вяжущее (т = 70-80 °С) - перемешивают 30 секунд - после чего вводят воду и перемешивают до равномерного распределения компонентов.
Соотношение компонентов в системе «отсев дробления отвального мартеновского шлака - каменноугольный дорожный деготь вязкостью = 60-80 с - вода затворения - ПЦ М400» принято таким, чтобы в гидроизоляционном кирпиче, твердеющем в естественных условиях, сформировалась оптимальная структура (удельное число конденсационно - кристаллизационных контактов в гидроизоляционном кирпиче должно составлять пу = 0,4-0,6), представленная взаимопроникающими микроструктурами - коагуляционной (контакты между олеосрильными поверхностями мелкодисперсных частиц шлака осуществляются через адсорбционно-сольватные прослойки каменноугольного вяжущего) и конденсационно-кристаллизационной (контакты срастания кристаллов гидратированных минералов шлака).
При оптимизации составов ВДШС использован полный трехфакторный эксперимент с уровнями варьирования - 1, 0, + 1[1]. В результате чего было определено оптимальное соотношение компонентов. в ВДШС смеси: ОДОМШ - 100 м.ч. - вода затворения 13-16 м.ч.; каменноугольный деготь вязкостью С™ =60-80 с - 6-8м.ч.; ПЦ - М 400 - 2-3 м.ч. в гидроизоляционном кирпиче формируется оптимальная структура бетона, представленная взаимопроникающими микроструктурами - коагуляционной и конденсационно-кристаллизационной микроструктурами. Удельное число упругих связей в вододегтешлаковой бетоне nу = 0,48.
Электронномикроскопическими исследованиями разлома вододегтешлакового бетона установлены сопряженные участки структур с коагуляционными контактами. перемежающимися с конденсационно-кристаллизационными.
Характерной особенностью формирования структуры вододегтешлакового бетона является то, что рост прочности их не является суммой прочности конденсационных и коагуляционных контактов в системе [2]. В то же время предел прочности при сжатии вододегтешлакового бетона оптимальной структуры равен = 8,5 МПа.
Установлено, что система без активатора гидравлической активности мартеновского шлака характеризуется более продолжительным индукционным периодом гидратации. Аналогичные закономерности получены при исследовании паст резонансно-акустическим методом. Введение активатора сокращает индукционный период, в течение которого на отдельных участках пастах происходит срастание кристалликов новообразований. Но эти участки будущей конденсационно-кристаллизационной структуры еще не объединены друг с другом.
Для вододегтешлакобетона характерна низкая температурная чувствительность механических свойств. Температура перехода в вязкопластическое состояние lg Е < 102 МПа) более 100°С, а температура стеклования lg Е < 104 МПа) менее минус 40 °. Это свидетельствует о широком интервале работоспособности вододегтешлако-бетонов в конструкциях фундаментов жилых домов. При этом предел прочности при сжатии вододегтевого бетона, начиная с 7 суток структурообразования в воздушно-сухих условиях растет линейно. Полученные фильтрационные характеристики вододегтешлакобетона свидетельствуют о том, что его марка по водонепроницаемости \Л/4. Для повышения водонепроницаемости и морозостойкости гидроизоляционного кирпича его обрабатывали быстрораспадающейся анионной битумной эмульсией ЭБА-1 ГОСТ 18659 состава битум БНД 60/90 - 50 М.Ч., раствор эмульгатора (вода 50 м.ч., едкий натр 02-0,3 м.ч. от массы воды, алкил бензосульфанат натрия ТУ 301 Украины (R С10...С14) со среднечисленной молекулярной массой м?* = 2 м.ч.
Гидроизоляционный кирпич, обработанный битумной эмульсией характеризуется коэффициентом длительной водостойкости после 90 суток водонасыщения Квд = 0,96, маркой по морозостойкости более 50 циклов, маркой по водонепроницаемости W 8.
При проектировании составов и исследовании цементобетонных смесей, предназначенных для производства тротуарной плитки из отсева дробления отвального мартеновского шлака, отсеивали фракцию 5-15 мм и в качестве заполнителя использовали песок из ОДОМШ с Мк= 3,79.
Ориентировочный расчет составов дорожных песчаных цементобетонных смесей с жесткостью по ГОСТ 10181.1-81 Ж = 15-25 с выполнен из условия, что пределы прочности при сжатии и при изгибе бетона должны быть не менее 40 МПа и 5 МПа соответственно (гост 17608), а морозостойкость более 200 циклов (проектировали резервную пористость, обеспечивающую превышение свободного объема на 20 % от объема замерзающей воды). Получено четыре оптимальных состава цементопесчаной смеси. Физико-механические показатели определяли в 28-ми дневном возрасте. Данные свидетельствуют о том, что оптимальные значения водоцементных отношений для которых нахлдится в пределах 0,4 - 0,35. В работе для ускоренная твердения принята комбинированная термообработка. Пропаренные образцы (изделия) по режиму (тв + тп + тиз + т0=2 + 3 + 6 + 3 ч при температуре изотермического прогрева 70-75°С) подвергали гидротермальной обработке при 60-65°С в течение 24 часов.
Результаты исследования свидетельствуют о том, что только бетон, содержащий в своем составе комплексную добавку СДБ + СДО + NаОН имеет 100 % отпускную марочную прочность, остальные же составы характеризуются 70-80% от отпускной марочной прочности. Изучение истираемости (И = 4,7-7,2 кг/мЗ после 900 м пути), морозостойкости F > 200 циклов) и водопоглощения (вm = 7,6-8,5 %) показывают, что изучаемые составы по этим показателям соответствуют требованиям ГОСТ 176-08, а состав модифицированный комплексной химической добавкой СДБ + СДО + NаОН в наибольшей степени противостоит истираемости и попеременному замораживанию-оттаиванию. По значениям физико-механических свойств дорожные песчаные бетоны, содержащие искусственный песок из ОДОМШ близки к мелкозернистым бетонам, приготовленных на гранитном отсеве.
Разработаны «Рекомендации по производству и применению плит бетонных тротуарных на конвейерном станке "Соntinua"». Внедрение цементопесчаных смесей с использованием отсева дробления отвального мартеновского шлака для изготовления плит бетонных тротуарных на конвейерном станке "Соntinua"» приводит к снижению себестоимости производства 1м3 смеси на 19,33грн.
Теоретически и экспериментально доказана целесообразность использования в качестве заполнителя отсева дробления отвального мартеновского шлака для производства композиционных конструкционных строительных материалов - гидроизоляционного кирпича и плит цементобетонных тротуарных с повышенными потребительскими свойствами.
Литература:
1.Денисова Н.П. БачурінО.М. При особистості гідраційного твердіння мартенівських шлаків //Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури., - Макіївка. -2001 -1(26) С.64-66.
2 Нагорная Н.П. Получение оптимальных составов вододегтешлаковых смесей с использованием ОДОМШ с использованием факторного эксперимента // Матеріали ХІІІ регіонального науково-методичного семінару., Донецьк. – 2007 – С.61-63.


Залиште коментар!

Дозволено використання тегів:
<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <code> <em> <i> <strike> <strong>