Автореферат диссертации (1141512), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Москва, Россия)«Инновации и моделирование в строительном материаловедении» (2016 г.,г.Тверь, Россия), VIII Международная научно-практическая конференция«Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалови изделий» (2016 г., г. Майкоп, Россия).Внедрение результатов.
Опытная партия модифицированного вяжущеговыпущена на производственной линии ООО «ВОЛМА-Воскресенск» ииспользована для приготовления закладочных смесей в ООО «Нанопром» наобъекте «Ленинградский пр., д. 35» с целью ликвидации суффозионныхразуплотнений грунта перед ротором ТПМК для выполнения ремонтных работна 151+70,80 по объекту: «Третий пересадочный контур от ст.
«Деловойцентр» до ст. «Нижняя Масловка».Публикации. Результаты исследования, содержащие основные положениядиссертационной работы отражены в 14 научных публикациях, в том числе в 6статьях в журналах из перечня ВАК РФ.7Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из оглавления,введения, основной части, состоящей из пяти глав, заключения, спискалитературы и приложений. Работа изложена на 189 страницах машинописноготекста, включающего 55 таблиц, 70 рисунков, приложения и список литературыиз 214 наименований.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫПроведенный обзор литературы по опыту использования закладочныхсмесей на основе ангидритового вяжущего в подземных выработках показал,что повышение эффективности этих закладочных смесей тесно связано сиспользованием техногенных отходов.В настоящее время разработаны методики утилизации многотоннажныхотходов пирометаллургической промышленности в виде концентрированнойсерной кислоты, получаемой из выбросов SO2, которые позволяют получатьпосле её обработки кальцийсодержащими нейтрализующими реагентами в видеизвестняка, мела, извести, известкового молока различные модификациисульфата кальция, которые могут быть использованы в качестве гипсовыхвяжущих.Созданапромышленнаяустановкапонейтрализацииконцентрированных растворов серной кислоты (~93-94% H2SO4) известняком сцелью получения CaSO4·2Н2О, его последующего обезвоживания ииспользования в качестве вяжущего.
Обработка серной кислотыосуществлялась водной суспензией известняка, что предопределяло проведениепроцесса нейтрализации в разбавленных растворах с образованиемнизкоконцентрированных суспензий. В описанных условиях (при непрерывноизменяющемсярН раствора) гипс кристаллизуется в виде мелкихпризматических кристаллов CaSO4. Однако, получаемый синтетическийангидрит имеет низкую реакционную способность, не позволяющую егоиспользовать в качестве вяжущего в закладочных смесях.В связи с этим, целью данной диссертационной работы стала разработкаспособов повышения активности полученного синтетического ангидрита и егоиспользования в эффективных закладочных смесях.Были проведены исследования по изучению характера влияния щелочныхи сульфатных активаторов и подбору оптимального содержания K 2SO4 иCa(OH)2. Установлено, что базовая смесь должна содержать 2% сульфата калияи 0,3% чистой гидроокиси кальция.
При данном составе отмечена самаявысокая прочность и степень гидратации вяжущего (рисунок 1).Так же увеличение добавки извести сокращает время схватываниявяжущего (рисунок 2).8а)а)б)Рисунок 1 – Зависимость прочности на сжатие от содержания K2SO4 иCa(OH)2: а) от содержания Ca(OH)2; б) от содержания K2SO4б)Рисунок 2 – Зависимость сроков схватывания от содержания K2SO4 и Ca(OH)2:а) от содержания Ca(OH)2; б) от содержания K2SO4Проведены исследования по анализу свойств трех видов ангидрита(природного, термического и синтетического).
Термический и синтетическийангидриты более реакционноспособны, чем природный, что подтверждается ихстепенью гидратации и прочностью при активизации K2SO4 и Ca(OH)2 (рисунок3).а)б)Рисунок 3 – Зависимость прочности при сжатии (а) и степени гидратации (б) взависимости от вида ангидрита9В соответствии с рабочей гипотезой, повышение активностисинтетического ангидрита возможно путем совместного помола высушенногоангидрита с модифицирующими добавками - катализаторами твердения.В качестве добавок и катализаторов были использованы:- в качестве щелочных активаторов – гашеная известь, портландцементМ500 Д0;- в качестве сульфатных активаторов - К2SO4.В таблице 1 приведены результаты исследования свойств синтетическогоангидрита с различными видами и содержанием добавок.Таблица 1 – Свойства синтетического ангидрита с катализаторами тверденияДобавки-ускорители№ опытаВидКоличество,%1Без добавки--2Цемент (М-500 Д0)K2SO453Цемент (М-400 Д0)K2SO4В/А,%28Сроки схватывания, часминНачалоКонецЧерез сутки нетсхватывания, усадка481-102-302,52411-102-504Цемент (М-400 Д0)K2SO42,51401-503-000,35Са(ОН)2К2SO4390-501-5021Анализ данных, приведенных в таблице 1, показал, что оптимальноймодифицирующей добавкой является смесь щелочного (портландцемент) исульфатного (K2SO4) активаторов, которые обеспечивают требуемые срокиначального твердения активированного синтетического ангидрита.Для определения оптимальной удельной поверхности вяжущего былипроведены испытания, в которых синтетический ангидрит с добавкойпортландцемента М500 Д0 Н в количестве 5 % от массы вяжущего и K2SO4вколичестве 2 % от массы вяжущего совместно мололся в вибромельнице доудельной поверхности от 350 до 550 м2/кг.
Для полученных образцов вяжущегоопределялись сроки схватывания и прочность в возрасте 7 суток. Результатыиспытаний приведены на рисунке 4.На основании проведенных исследований установлено, что оптимальнаяудельная поверхность, при которой свойства модифицированного вяжущего10обеспечат получение закладочных смесей с требуемыми характеристиками,равна 450 м2/кг.Рисунок 4 – Свойства ангидритового вяжущего в зависимости от удельнойповерхностиДля определения оптимального содержания модификаторов вразрабатываемом ангидритовом вяжущем для производства закладочныхсмесей было использовано математическое планирование эксперимента.Принятые факторы (ПЦ М500Д0 и K2SO4) и уровни их варьированияприведены в таблице 2.
Выбор факторов и уровней их варьирования основан нарезультатах предварительных исследований.Оптимизация содержания модификаторов обусловлена следующимитребованиями к вяжущему для получения закладочных смесей:- начало схватывания не ранее 2 часов (время, необходимое дляизготовления закладочной смеси и ее укладки);- прочность на 7, 28 и 180 сутки в пределах 0,3…3,0, 0,5…5 и 1…10 МПасоответственно.Таблица 2 – Факторы и уровни варьированияУровни варьированияОбознаФакторычение-10+1Содержание портландцементаХ12,03,55,0ПЦ500Д0, % от массы вяжущегоСодержание K2SO4, % от массыХ20,51,252,0вяжущего11Для получения математической модели был использован ортогональныйцентрально-композиционный план второго порядка (таблица 3).Таблица 3– Матрица планирования и результаты экспериментаТочкиплана123456789ФакторыКодированные Натуральные в %X1+1+1-1-1+1-1000X2+1-1+1-100+1-10ПЦ500Д05,05,02,02,05,02,03,53,53,5K2SO42,000,502,000,501,251,252,000,501,25Выходные параметрыНачалоПрочность Прочностьсхватывания на 1 сутки на 7 сутки(Н.С.), мин (R1), МПа (R7), МПа702,38,51102,611,6654,413,31302,415,4952,912,3953,716,1704,314,11203,215,41003,717,0Конечным результатом обработки данных эксперимента явилосьполучение математических моделей (уравнений регрессий) по количествуопределяемых характеристик со значимыми коэффициентами при выбранныхпеременных:Н.С.
= 117,52– 25,3·X2 + 6,25·X1·X2 – 3,7·X12 –19,7·X22,R1 = 3,89 – 0,45·X1 + 0,47·X2 – 0,58·X1·X2 – 0,68·X12 – 0,23·X22,R7 = 16,9 – 2,07·X1 –1,08·X2 – 0,25·X1·X2 – 2,63·X12 – 2,08·X22.На основании графического построения полученных математическихмоделей, приведённых на рисунках 5 и 6, для начала схватывания вяжущего ипрочности в возрасте 7 суток, установлено, что оптимальный составмодификатора ангидритового вяжущего обеспечивающий соответствиетребованиям, предъявляемым к вяжущему для закладочных смесей, содержит2,5 % ПЦ500Д0 и 1 % K2SO4 от массы вяжущего. Вяжущее с данныммодификатором было принято в качестве базового при проведении дальнейшейразработки составов закладочных смесей.12Рисунок 5 – Зависимость начала схватывания вяжущего от содержанияпортландцемента и сульфата калияРисунок 6 – Зависимость прочности при сжатии вяжущего в возрасте 7 суток отсодержания портландцемента и сульфата калия13Для получения эффективных закладочных смесей были проведеныисследования по выбору пластификатора, результаты которых приведены втаблице 4.Таблица 4 – Влияние пластификаторов на свойства ангидритового вяжущегоНаименованиедобавкиСодержание% от ВВВ/В, %С-30,9730,0ЛСТ0,533,0Melment F100,4…130Laolin 10,4640Срокисхватывания,мин.Началосхватываниячерез 28 часовНачалосхватываниячерез 3 сутокне наступило.Начало120…225 мин.,окончание180…355мин.Началосхватываниячерез 3 сутокне наступилоR1 ,МПаR7,МПа1…325,3--6,9…13,3 24,0…33,5--В результате проведенных исследований установлен оптимальный составмодифицированного вяжущего на основе синтетического ангидрита, которыйсодержит портландцемент - 2,5%, сульфат калия -1 % и пластифицирующаядобавка Melment F10 - 0,4…1 % от массы вяжущего, и имеет следующиехарактеристики:- 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 0,68.Для дополнительной оценки структуры полученного вяжущего сразличным содержанием пластификатора Melment F10 были проведеныдополнительные исследования структуры на электронном растровоммикроскопе и минералогического состава методом порошковой рентгеновскойдифрактометрии.
В таблице 5 приведены результаты исследованийминералогического состава затвердевших образцов на основе синтетическогоангидрита.14Таблица 5 – Минералогический состав образцовСодержание минералов, %№Составп/пCaSO4CaSO4·2H2OКварц1Цемент (М-500 Д0)2,5%54,245,00,840,858,50,640,758,60,645,653,80,6K2SO41%2Цемент (М-500 Д0) 2,5%,K2SO41%,Melment F10 - 0,4 %3Цемент (М-500 Д0)2,5 %,K2SO41%, Melment F10 - 0,7 %4Цемент (М-500 Д0) 2,5%K2SO41%, Melment F10 - 1 %Для дополнительной оценки структуры полученного вяжущего сразличным содержанием пластификатора Melment F10 были проведеныдополнительные исследования структуры на электронном растровоммикроскопе.Контрольный образец без пластифицирующей добавки (рисунок 7 а)характеризуется наименьшей реакционной способностью – содержаниедвуводного гипса составляет 45 %, а содержание непрореагировавшегоангидрита 54 %, что и обуславливает наименьшие его физико-механическиехарактеристики.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
