Автореферат диссертации (1141448), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В.Г. Шухова; инженеровпо направлению «Строительство» в университетах г. Сана и г. Аден Республики Йемен.Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 110 научных публикациях, втом числе: в 22 статьях в рецензируемых научных изданиях; в 4 статьях вжурналах, индексируемых базой данных Scopus. Научная новизна защищена авторским свидетельством и патентом.Под руководством автора защищены две диссертации на соисканиеученой степени кандидата технических наук.10Личный вклад автора. Результаты, представленные в диссертации,получены лично автором, а также в рамках руководства проведенными исследованиями в данном направлении. Установлена возможность использования в качестве сырья для производства автоклавных материалов глинистых пород незавершенной стадии минералообразования. Исследованыпроцессы фазо- и структурообразования в известково-песчано-глинистойсистеме.
Сформулированы фундаментальные теоретические основы использования данной системы для получения широкой номенклатуры автоклавных материалов. Разработаны составы сырьевых смесей с использованиемглинистого сырья и технологии производства прессованных и поризованных автоклавных материалов с физико-механическими показателями, превосходящими традиционные известково-песчаные материалы.Объем и структура работы.
Диссертационная работа включает введение, восемь глав, заключение, список литературы и приложения. Диссертация изложена на 417 страницах машинописного текста, включающего 65таблиц, 174 рисунка, список литературы из 463 наименований, 25 приложений.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВ настоящее время приоритетной задачей является снижение энергоемкости производства продукции и создание новых эффективных строительных композитов, сочетающих высокие конструктивные, декоративные иэксплуатационные качества, а также обеспечивающие комфортные условияжизнедеятельности человека.Производство автоклавных материалов по традиционной технологииосновано на использовании в качестве сырья кварцевого песка и извести,т.е.
фазообразование происходит в системе «CaO–SiO2–H2O». Однако запасы кварцевых песков, удовлетворяющих нормативным документам, истощаются, а темпы поиска и разведка новых месторождений не соответствуетзадачам стройиндустрии. Кроме того, существенная доля действующихпредприятий не способна перейти на выпуск эффективной продукции пообъективным причинам. В случае прессованных высокопустотных изделий– это обусловлено низким качеством сырья и изношенностью прессовогооборудования, при использовании которых крайне сложно обеспечить требуемые показатели сырцовой прочности.
В случае ячеистых материалов –требуется использование цемента в составе смесей, выполняющего структурирующую роль в доавтоклавный период, использование которого способствует формированию нестабильных образований в результате автоклавнойобработки, что приводит к снижению эксплуатационных свойств готовогоизделия за счет перекристаллизации сформированного вещества.Высокая энергоемкость производства и ограниченные возможности повышения качества продукции на традиционном сырье приводят к снижениюконкурентоспособности автоклавных материалов на строительном рынке.Повышение эффективности производства и снижение энергозатрат при11получении автоклавных материалов возможно за счет использования полиминеральных глинистых пород незавершенной стадии минералообразования (НСМ) (рисунок 1).
К таким породам относятся, в первую очередь, механо- и хемоактивированные породы осадочных отложений и корывыветривания магматических и метаморфических алюмосиликатных горных пород. Спецификой предлагаемого сырья является наличие в нем термодинамически неустойчивых слоистых алюмосиликатов, таких, как несовершенной структуры гидрослюда, смешаннослойные минералы,рентгеноаморфное вещество, а также тонкодисперсный слабоокатанныйкварц и др. При использовании данного типа сырья фазообразование происходит в более сложной системе – «CaO–[SiO2–Al2O3–(MgO)]–Н2O», в которой глинистое сырье условно обозначено основными оксидами, влияющимина состав формируемых новообразований.ОсновныетехнологическиепеределыПроблемыСпособы решенияСырьеЗапасы кварцевых песковистощаютсяПриготовлениесырьевой смесиВысокие затратыэнергии на помолШироко распространенныеполиминеральныеалюмосиликатные породыНСМДоавтоклавноеструктурообразованиеНестабильная структура.Брак при формованииАвтоклавнаяобработкаВысокие затратыэнергииЭнергонасыщенностьпород НСМГотоваяпродукцияНестабильностьсвойствПовышение качества засчет оптимизации химикотехнологических процессов,структуро- и фазообразованияВысокая дисперсностьВысокая пластичностьМинеральный Дисперсность СтруктурасоставРисунок 1 – Повышение эффективности и снижение энергоемкостипроизводства автоклавных силикатных материаловЕсли изобразить трансформацию вещества в результате экзогенныхпроцессов в виде модельного ряда, то крайние члены можно представитьпородами, сложенными совершенными кристаллами минералов исходныхскальных пород и глинистых пород соответственно, между которыми расположена область максимальной степени разупорядоченности вещества(рисунок 2).По степени структурной упорядоченности реальные исходные породы,равно как и «чистые» глины, расположены ближе к зонам идеального кристаллического вещества, т.е.
ближе к тому состоянию, которое являетсянаиболее термодинамически устойчивым.Процессы выветривания можно представить, как разрушение кристал-12лической структуры исходных минералов с переходом через аморфное состояние, с формированием кристаллической структуры новых породообразующих минерала. Однако идеального аморфного (равно как и кристаллического) состояния не достигается и переход через него можно считатьусловным.
В результате этого происходит изменение исходной каркаснойструктуры полевых шпатов в слоистую структуру глинистых минералов. Впроцессе этого перехода образуются породы, которые можно охарактеризовать как продукты промежуточной стадии выветривания, занимающие значительный участок на линии трансформации вещества и преобладающие вприроде. К породообразующим минералам этих образований относятсярентгеноаморфные фазы различного состава, гидрослюды, смешаннослойные минералы, несовершенной структуры каолинит и монтмориллонит. Приформировании этих соединений происходит разупорядочение кристаллической структуры исходных минералов, за счет чего возрастает энтропия системы, увеличивается энергия Гиббса и, соответственно, повышается термодинамическая неустойчивость пород.
Именно эти породы и являютсянаиболее предпочтительными с точки зрения сырья для получения вяжущих.Вещество с максимальной степенью несовершенстваИдеальнокристаллическоевеществоМагматические иметаморфическиепородыПороды незавершенной стадии минералообразованияГлиныРентгеноаморфныефазыСмешаннослойныеминералыГидрослюдыНесовершеннойструктуры каолинити монтмориллонитGЭнергия ГиббсаКристалличностьКристалличностьИдеальнокристаллическоевеществоРисунок 2 – Модель трансформации вещества в результате экзогенных процессовНа основании данных о генезисе пород осадочных отложений и корывыветривания, процессах фазообразования в искусственных системах автоклавного твердения и их сопоставления с природными аналогами минералообразования предложена схема экзогенных процессов генезиса глинистых13МагматическиепородыМетаморфическиепородыОсадконакоплениеВыветриваниепород как сырьевой базы автоклавных материалов (рисунок 3).МеханическоеразрушениеБио- и химическоеразложение(сиаллитнаястадия)Кислая сиаллитнаястадияПервичныеглинистые породынезавершённой стадииминералообразованияПереотложениеДиагенезДиагенезАллитная стадияОсадочные породыСырье для керамических материалов и др.Бокситы,латеритыВторичныеглинистые породынезавершённой стадииминералообразованияМехано- ихемо- активированныепороды корывыветриванияСырье дляавтоклавныхматериаловРисунок 3 – Схема экзогенных процессов генезиса глинистых породкак сырьевой базы автоклавных материаловПороды, образовавшиеся после второй (сиаллитная стадия) и частичнотретьей (кислая сиаллитная) стадии выветривания, относятся к породам незавершенной стадии минералообразования.
В силу специфики состава истроения эти отложения не пригодны для производства керамических материалов и клинкера. Отличительной особенностью этих пород являетсяналичие термодинамически неустойчивых соединений. В результате процессов выветривания происходит частичная дезинтеграция пород, формирование дефектов кристаллической решетки породообразующих минералов,частичная аморфизация как силикатов, так и алюмосиликатов, что увеличивает энергетический потенциал сырья. За счет этого в гидротермальныхусловиях возможно ускорение процессов растворения и, как следствие,процессов зародышеобразования, формирования новообразований цементирующих соединений на их основе и снижение энергозатрат при производстве автоклавных материалов.
Это и явилось научной гипотезой даннойработы.Для подтверждения рабочей гипотезы в части влияния глинистых минералов на процессы фазообразования цементирующей матрицы и изученияее минерального состава предварительно была изучена модельная известково-песчано-глинистая система на основе мономинеральных глин – каолинитовой и монтмориллонитовой.Для выявления влияния содержания мономинеральных глин на фазообразование и свойства известково-песчаных автоклавных материалов гидротермальная обработка модельных систем проводилась при давлении 1МПа по режиму 1,5+6+1,5 ч. Установлено, что при гидротермальной обработке в этой системе наряду с низкоосновными гидросиликатами кальция(экзоэффект 860 ºС, рефлекс 3,038 Å) образуются гидрогранаты (эндоэффект 350–360 ºС, рефлекс 2,73–2,78 Å), выполняющие роль микронаполни-14теля в цементирующей матрице (рисунок 4).Соотношение гидросиликатов кальция игидрогранатов в составецементирующеговещества зависит отсостава глинистых минералов.
Чем меньшекремнезема и большеглиноземасодержатглинистые минералы,б)тем больше синтезиру- а)Рисунок4–Термограммы(а) и рентгенограммы (б)ется гидрогранатов именьше гидросилика- модельных образцов: содержание глины, мас. %: 1, 3 5; 2, 4 20; 1, 2 каолинит; 3, 4 монтмориллониттов кальция.На процесс формирования цементирующих соединений автоклавныхматериалов существенное влияние оказывает скорость связывания известикомпонентами сырьевой смеси.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
