Диссертация (1141449), страница 2
Текст из файла (страница 2)
По традиционной технологиинаосновеизвестково-песчаноговяжущегосложнополучатьвысокопустотные прессованные изделия из-за низкой прочности сырца, а такжестабильную ячеистую структуру газобетона в доавтоклавный период без использования цемента.Для снижения материалоемкости и повышения эффективности производства как плотных, так и ячеистых силикатных материалов предлагается использование нетрадиционных для стройиндустрии широко распространенных, но маловостребованныхалюмосиликатныхпороднезавершеннойстадииминералообразования (НСМ), применение которых позволит: снизить энергоемкость производства изделий автоклавного твердения на всех технологическихстадиях; внести существенный вклад в решение проблем комплексного использования местных сырьевых ресурсов, расширения сырьевой базы строительной отрасли, улучшения экологического состояния регионов.7Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования инауки РФ в рамках: грантов и НТП (1985–2010 гг.); программ БГТУ им.
В.Г. Шухова – стратегического развития (2012–2016 гг.), опорного университета (2017–2021 гг.).Степень разработанности темы. Изучением возможности использованияглин для производства материалов автоклавного твердения занимался ряд отечественных и зарубежных научных школ начиная с 20-х гг. XX века. Однако, не системное исследование влияния состава и свойств этих сложных для изучения пород на характеристики конечных изделий, не позволяло выявлять генетическиеотложения, которые «подготовлены» геологическими процессами и являются рациональным сырьем именно для производства автоклавных материалов. Отсутствовала научно обоснованная методика расчета состава известково-глинистоговяжущего, что не позволяло проводить корректировку сырьевых смесей, обеспечивающую высокую прочности и долговечности изделий на основе алюмосиликатного сырья различных месторождений, а также стабильность свойств материалов при колебаниях состава пород по толще залегания эксплуатируемых залежей.Цель и задачи работы.
Разработка научно-технологических основ использования глинистых пород незавершенной стадии минералообразования для производства силикатных автоклавных материалов.Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:– разработка геолого-литологических основ использования алюмосиликатных пород незавершенной стадии минералообразования для производства силикатных материалов автоклавного твердения;– исследование строения, состава и свойств глинистых пород незавершенной стадии минералообразования как новой сырьевой базы материалов автоклавного твердения;– исследование процессов фазо- и структурообразования в системе «известь– глинистые породы» в гидротермальных условиях;– изучение особенностей процессов поризации и формирования макроструктуры ячеистых бетонов;8– изучение механизма формирования структуры силикатных автоклавныхматериалов с использованием глинистых пород незавершенной стадии минералообразования;– исследование влияния глинистых пород различного состава и генезиса намикроструктуру и физико-механические свойства плотных и ячеистых автоклавных материалов;– разработка рациональных составов и технологии производства широкойноменклатуры высокоэффективных материалов автоклавного твердения с использованием глинистых пород незавершенной стадии минералообразования;– разработка нормативно-технической документации и внедрение результатов работы.Научная новизна.
Разработаны научно-технологические основы использования глинистых пород незавершенной стадии минералообразования осадочныхотложений и коры выветривания алюмосиликатных пород магматического и метаморфического генезиса. Особенностью их минерального состава является наличие термодинамически неустойчивых смешаннослойных образований, гидрослюд,рентгеноаморфноговещества;похимическомусоставупородыхарактеризуются отношением молей Al2O3/SiO2 от 0,08 до 0,17 и суммой молейплавней (Σ R2O+RO+Fe2O3) от 0,054 до 0,826.
Это позволяет существенно снизитьэнергоемкость процессов структурообразования в системе «CaO–[SiO2–Al2O3–(MgO)]–Н2O», а также исключить цемент из технологии ячеистых силикатных бетонов.Установлены основные закономерности взаимодействия компонентов в системе «CaO–[SiO2–Al2O3–(MgO)]–Н2O», представленной известью и глинистымипороды незавершенной стадии минералообразования, заключающиеся в том, что:полное взаимодействие компонентов смеси с переходом в новообразования притребуемых кинетических параметрах реакции обеспечивается при содержанииCaO в сырьевой смеси 28–30 мэкв/г глинистых минералов; эффективное управление синтезом новообразований возможно при использовании глинистых пород, в9которых соотношение минеральных фаз «слоистые алюмосиликаты / высокодисперсный кремнезем» находится в пределах 1,5–0,4.Выявлены особенности фазообразования в системе «CaO–[SiO2–Al2O3–(MgO)]–Н2O» на основе глинистых пород незавершенной стадии минералообразования, заключающиеся в интенсификации синтеза гидросиликатов кальция различной основности, а также образовании алюминийсодержащего тоберморита игидрогранатов, выполняющих роль микронаполнителей в субмикрокристаллической массе, сложенной низкоосновными гидросиликатами кальция.
Показано, чтопо химической активности по отношению к Са(ОН)2 компоненты рассмотренныхпород можно расположить в ряду: тонкодисперсный кварц глинистые минералы незавершенной стадии минералообразования рентгеноаморфное вещество.За счет полиминеральности системы и, как следствие, различной степени активности породообразующих минералов, при гидротермальной обработке различныепо составу новообразования синтезируются в разный период времени. Подобнаяэволюция при твердении системы минимизирует количество микродефектов, возникающих за счет кристаллизационного давления, и способствует синтезу цементирующих соединений рациональной микроструктуры.Предложен механизм формирования структуры силикатных автоклавныхматериалов с использованием глинистых пород незавершенной стадии минералообразования.
Полидисперсная система глинистого вещества, состоящая из слоистых алюмосиликатов и высокодисперсного корродированного кварца, в сочетании с известью, создает сырьевую смесь с высокоплотной упаковкой частиц.Формирование ячеистой структуры осуществляется посредством реализации двухмеханизмов: введение глинистых компонентов за счет структурных особенностей(«пакетное» строение, высокая дисперсность) обеспечивает формирование структурно-механического барьера в начальной дисперсионной системе, что обуславливает устойчивость водной дисперсионной среды между частицами дисперснойфазы; использование пластифицирующего компонента обеспечивает адсорбционно-сольватное воздействие на систему за счет осаждения молекул добавки на поверхности частиц твердой фазы, их гидрофилизации и снижении поверхностного10натяжения среды. Все это в совокупности приводит к формированию дисперснойсистемы с требуемой пластической прочностью без добавления цемента, чтообеспечивает: повышение газоудерживающей способности, по сравнению с традиционными для автоклавной технологии смесями; формирование однородноймелкопористой структуры, с увеличением плотности и уменьшением толщинымежпоровых перегородок.
В плотных изделиях, сформированная структура обуславливает повышение прочности сырца и, как следствие, снижает риск формирования дефектов в высокопустотных изделиях в процессе автоклавирования. Это, сучетом формирования полиминерального состава новообразований рациональноймикроструктуры, способствует повышению эксплуатационных характеристик изделий автоклавного твердения.Теоретическая и практическая значимость работы.
Установлены закономерности влияния глинистых пород незавершенной стадии минералообразования осадочных отложений и коры выветривания алюмосиликатных пород магматического и метаморфического генезиса на структурообразование в системе«CaO–[SiO2–Al2O3–(MgO)]–Н2O» и, как следствие, свойства материалов автоклавного твердения. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена эффективность использования глинистых пород незавершенной стадии минералообразования в качестве сырья для производства силикатных автоклавныхматериалов, а также разработаны критерии оценки их эффективности. Полученные данные могут быть использованы для оценки сырьевых ресурсов различныхрегионов РФ и мира.Апробация результатов теоретических и экспериментальных исследованийосуществлялась на примере 22 видов алюмосиликатных пород незавершеннойстадии минералообразования осадочных отложений и коры выветривания различного состава, генезиса и регионов распространения.
Породы различных генетических типов проранжированы по степени эффективности их использования в качестве алюмосиликатного компонента в системе «CaO–[SiO2–Al2O3–(MgO)]–Н2O»для получения как плотных, так и ячеистых материалов автоклавного твердения.11Предложена расчетно-экспериментальная методика подбора состава известково-песчано-глинистого вяжущего для получения материалов с высокими физико-механическими показателями.Разработаны составы сырьевых смесей с использованием глинистых породНСМ различных месторождений и рациональные режимы гидротермальной обработки, для производства эффективных изделий, позволяющие получать:– силикатный кирпич с прочностью на сжатие 15–40 МПа, морозостойкостью 35–50 циклов;– высокопустотные изделия с прочностью на сжатие 12,5–20 МПа, морозостойкостью до 50 циклов;– газобетон автоклавного твердения конструкционно-теплоизоляционногоназначения плотностью 500–700 кг/м3, прочностью на сжатие 2,5–5,4 МПа (класспрочности В2–В3,5), морозостойкостью 15–25 циклов и теплоизоляционногоназначения плотностью 350–400 кг/м3, прочностью на сжатие 1,55–2,4 МПа (класспрочности В1–В1,5).Предложена широкая номенклатура отделочных материалов автоклавноготвердения: облицовочного кирпича, колотого силикатного кирпича и камня, декоративного кирпича.Разработаны технологии производства прессованных и поризованных материалов автоклавного твердения на основе известково-песчано-глинистого вяжущего.
Сокращение энергозатрат на производство составляет 25 % для прессованных материалов и 35 % для ячеистых бетонов и высокопустотных изделий.Снижение давления автоклавирования до 2–4 МПа позволяет существенно увеличить сроки эксплуатации оборудования (автоклавов) заводов по производству силикатных материалов.Методология и методы исследования. Методологической основой диссертации является комплексный анализ системы «состав (сырье) – структура (сырье,материал) – свойства (материал)». Исследование вещественного состава глинистых пород и фазового состава продуктов гидротермального синтеза включалоопределение химического состава, минерального состава с помощью рентгенофа-12зового, дифференциально-термического и ИК-спектроскопического анализов.Микроструктура исходного сырья и полученных автоклавных материалов изучалась с помощью растрового электронного микроскопа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
