Диссертация (Эффективные закладочные смеси на основе синтетического ангидрида)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»На правах рукописиГАЛЬЦЕВА НАДЕЖДА АЛЕКСЕЕВНАЭФФЕКТИВНЫЕ ЗАКЛАДОЧНЫЕ СМЕСИ НА ОСНОВЕСИНТЕТИЧЕСКОГО АНГИДРИТА05.23.05 – Строительные материалы и изделияДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:Доктор технических наук,доцентБурьянов А.Ф.Москва – 20172стр.ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………5ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ ..111.1 Гидратация и структурообразование ангидритовых вяжущихвеществ………………………………………………………………………1.2Разработкановыхматериаловнаосновеотходовпромышленности………………………………………………………….1.3Производствоиприменениеангидритового11вяжущего14вотечественной и зарубежной практике……………………………………151.4 Влияние модифицирующих добавок на свойства ангидритовоговяжущего……………………………………………………………………251.5 Получение ангидрита сульфата кальция из концентрированнойсерной кислоты и молотого известняка…………………………………..371.6 Требования к закладочным смесям и опыт разработки закладочныхсмесей на основе отходов промышленности……………………….……411.7 Выводы к ГЛАВЕ 1……………………………………………………451.8 Цель и задачи исследований…………………………………….…….46ГЛАВА 2.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ……………482.1 Применяемые материалы………………………………………….…..482.1.1 Ангидрит…………………………………………………………..…482.1.2 Модифицирующие добавки…………………………………………522.1.3 Песок строительный…………………………………………………542.2 Методы исследований, приборы и оборудование……………………552.2.1 Методы исследования ангидритового вяжущего…………………..552.2.2Методыисследованиязакладочныхсмесейнаосновесинтетического ангидрита………………………………………………....562.2.3 Лазерная дифракция…………………………………………………572.2.4 Рентгенофлуоресцентный анализ……………………………………582.2.5 Рентгеновский анализ………………………………………………..592.2.6 Электронная микроскопия…………………………………………..6132.2.7 Испытательное оборудование………………………………………ГЛАВА 3.62ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ АНГИДРИТОВОГОВЯЖУЩЕГО НА ОСНОВЕ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ АНГИДРИТА……653.1 Определение оптимального содержания K2SO4 и Ca(OH)2…………653.2 Улучшение прочностных показателей вяжущего путем введениядополнительных сульфатов………………………………………..………703.3 Оптимизация комплекса активаторов методом математическогопланирования эксперимента……………………………………………….833.4 Исследования влияния концентраций K2SO4 и Ca(OH)2 припостоянном содержании дополнительных сульфатов……………...……1043.5 Влияние оптимальных комбинаций активаторов на свойстватермического и синтетического ангидрита………………………………1103.6 Выводы к ГЛАВЕ 3…………………………………………………….118ГЛАВА 4.

РАЗРАБОТКА МОДИФИЦИРОВАННОГО ВЯЖУЩЕГОИЗ СИНТЕТИЧЕСКОГО АНГИДРИТА…………………………………4.1 Исследование120физико-технических и физико-механическихсвойств синтетического сульфата кальция………………………………1204.2 Выбор катализаторов твердения ангидритового вяжущего…………1224.3 Анализ зернового состава ангидритового вяжущего……………...…1264.4.

Определение оптимального содержания модификаторов…………..1304.5 Исследование влияния тонкости помола на физико-техническиехарактеристики модифицированного вяжущего…………………………1354.6 Исследование выбора пластификатора для модифицированногоангидритового вяжущего…………………………………………………..4.7Исследованиеминералогическогосоставаи141структурымодифицированного вяжущего……………………………………………1454.8 Выводы к ГЛАВЕ 4…………………………………………………….149ГЛАВА5.РАЗРАБОТКАСОСТАВОВМОДИФИЦИРОВАННОГО ВЯЖУЩЕГО ИЗНАОСНОВЕСИНТЕТИЧЕСКОГОАНГИДРИТА……………………………………………………………….5.1 Разработка составов и определение свойств закладочных смесей на1504основе синтетического ангидрита…………………………………………1505.2 Технология производства сухих строительных смесей на основесинтетического ангидрита…………………………………………………1535.3 Промышленное внедрение и экономическая эффективностьприменения синтетического ангидрита в закладочных смесях…………1575.4 Выводы к ГЛАВЕ 5…………………………………………………….162ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………….163БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………….….163ПРИЛОЖЕНИЕА–Актовыпускеопытнойпартиимодифицированного вяжущего …………………………………………...184ПРИЛОЖЕНИЕ Б – Акт о производственном внедрении закладочнойсмеси на основе синтетического ангидрита………………………………1865ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследованияВ настоящее время на территории Российской Федерации скопилисьогромные запасы отходов пирометаллургической промышленности в видеконцентрированнойсернойкислоты,утилизациякоторойявляетсядорогостоящим и сложным процессом.Одним из способов использованияконцентрированнойявляетсясернойкислотыееобработкакальцийсодержащими реагентами по специальной технологии, в результате которойполучается синтетический ангидрит, который может быть использован вкачестве аналога применяемых гипсовых вяжущих.

Недостатком получаемогосинтетического ангидрита является его низкая реакционная способность,которая может быть повышена путем подбора эффективных катализаторовтвердения. Разработка закладочных смесей на основе синтетического ангидридапозволит решить проблему утилизации концентрированной серной кислоты, атакже создать эффективный конкурентоспособный аналог применяемыхзакладочных смесей.Работа выполнена в рамках договора №Р.459-14 от 18.08.2014г.«Разработка рекомендаций по использованию синтетического ангидритасульфата кальция в качестве сырья для приготовления закладочных смесей» и врамках реализации проекта «Стратегическое партнерство и тематические сети»между НИУ МГСУ и Баухаус-университет г.

Веймара, Германия (BauhausUniversität Weimar).Степень разработанности темыПроблеме разработки строительных материалов на основе ангидритапосвящены многочисленные работы российских и зарубежных исследователей.Проблему утилизации отходов промышленности уже принято решать путемразработки на их основе новых строительных материалов, в том числе вгипсовой индустрии. Тем не менее, вопрос о промышленном применениисинтетического ангидрида остается открытым.6Цели и задачи работыЦельюдиссертационнойработыявляетсяполучение эффективныхзакладочных смесей на основе синтетического ангидрита.Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:- исследовать влияние активизирующих добавок на реакционнуюспособность природного, техногенного и синтетического ангидрита;-обосноватьвозможностьповышенияактивностисинтетическогоангидрита;- исследовать влияниекатализаторов на свойства синтетическогоангидрита;- установить зависимости свойств модифицированного вяжущего наоснове синтетического ангидрита от тонкости помола и состава комплекснойдобавки;- получить модифицированное вяжущее на основе синтетическогоангидрита и комплексной добавки с оптимальными свойствами;- разработать составы закладочных смесей на основе модифицированноговяжущего с заданными свойствами;- разработать рекомендации по производству закладочных смесей намодифицированном вяжущем на основе синтетического ангидрита.Научная новизна работы1.основеУстановлено, что для формирования искусственного камня нанерастворимогоангидрита,обладающеготребуемымиэксплуатационными свойствами, предъявляемыми к закладочным растворам,рационально использовать смесевой активатор, состоящий из сульфата калияи портландцемента, обеспечивающий требуемую растворимость ангидрита иполучение оптимального минерального состава вяжущего.Оптимальнымявляется состав: 41 % ангидрита и 59 % двуводного гипса.2.Изученаструктураискусственногоангидритовогокамняиустановлены зависимости влияния основных рецептурных и технологическихфакторов на эксплуатационные свойства закладочных растворов.

Показано, чтоформирование плотной структуры ангидритового искусственного камня7дополнительнообеспечиваетвведениегиперпластификатора,оказывает влияние на параметры кристаллизационнойпосредствомуменьшенияколичестваводыкоторыйструктуры, как(начальныеусловиякристаллизации), так и путем адсорбции на продуктах гидратации ангидрита.Установленныезависимостисоответствуютидополняюттеориюструктурообразования гидравлических вяжущих и позволяют проводитьмногокритериальную оптимизацию технологии получения искусственныхкамней с заданными свойствами на техногенном ангидрите.Теоретическая и практическая значимость работыОбоснована возможность получения эффективных закладочных смесей сзаданными эксплуатационными характеристиками на основе техногенныхотходов в виде синтетического ангидрита, модифицированного добавкамисульфата калия, портландцемента ипластифицирующих поверхностно-активных веществ.Разработанспособполучениямодифицированноговяжущего,заключающийся в совместном помоле исходного синтетического ангидрита имодифицирующих добавок до удельной поверхности 450 м2/кг.Разработаны составы эффективных закладочных смесей на основесинтетического ангидрита, со следующими свойствами:- водопотребность - 28…32 %,- предел прочности при сжатии в возрасте 1 суток – 6,9…13,3 МПа;- предел прочности при сжатии в возрасте 7 суток – 24,0…33,5 МПа;- начало схватывания - 120…225 минут;- конец схватывания - 180…355 минут;- коэффициент размягчения - 0,65.Разработанные закладочные смеси на основе синтетического ангидрита вобъеме 35,0 м3 были использованы на объекте «Ленинградский пр., д.