Введение к работе
Актуальность работы. Одним из перспективных направлений повышения эффективности стеновых изделий является использование многотоннажных техногенных отходов. В ряде регионов страны имеются значительные запасы отхода химической промышленности - фосфогипса-дигидрата, количество которого постоянно увеличивается, но доля его применения в строительстве незначительна.
Широкое применение фосфогипса-дигидрата в технологии стеновых изделий сдерживается наличием примесей в его составе, неоднородностью состава и высокой влажностью. Процесс нейтрализации примесей трудоемок, энергоемок, усложняет технологию и снижает экономическую целесообразность применения отходов. Проблема применения фосфогипса-дигидрата из отвалов без предварительной очистки на сегодняшний день не решена.
Решение проблемы получения эффективных стеновых изделий с использованием фосфогипса-дигидрата возможно за счет его модифицирования комплексом минеральных добавок, позволяющим нейтрализовать примеси и активизировать дигидрат сульфата кальция в процессе изготовления стеновых материалов.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с проектом «Разработка и оптимизация энерго-ресурсосберегающих технологий производства и применения эффективных строительных материалов, изделий и конструкций» Министерства образования и науки РФ НИР МГСУ.
Цель и задачи работы. Цель диссертационной работы – получение эффективных стеновых изделий на основе фосфогипса-дигидрата.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
1. Обоснование возможности повышения эффективности стеновых изделий путем использования фосфогипса-дигидрата.
2. Разработка и оптимизация составов комплекса минеральных добавок для модифицирования фосфогипса-дигидрата;
3. Разработка и оптимизация составов фосфогипсового композита;
4. Исследование структуры и свойств фосфогипсового композита;
5. Разработка технологии изготовления стеновых изделий на основе фосфогипсового композита;
6. Разработка технологического регламента на производство стеновых камней из фосфогипсового композита.
7. Производственное опробование полученных результатов;
Научная новизна. Обоснована возможность повышения эффективности стеновых изделий путем механохимической активации во влажном состоянии сырьевой смеси из фосфогипса-дигидрата, извести, цемента, модификатора МБ-10-50-С, способствующей дезагрегации фосфогипса, нейтрализации примесей, повышению гомогенизации смеси, образованию гидроалюминатов, гидросульфоалюминатов и гидросиликатов кальция и формированию структуры фосфогипсового композита повышенной плотности, прочности и водостойкости.
Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден состав комплекса минеральных добавок, состоящий из извести, кремнеземистого компонента и цемента.
Методом математического планирования эксперимента установлены зависимости прочности и коэффициента размягчения фосфогипсового композита от содержания извести и модификатора МБ-10-50-С, необходимые для оптимизации состава комплекса минеральных добавок.
Оптимизированы составы фосфогипсового композита.
Установлены зависимости удобоукладываемости, плотности, прочности на сжатие, коэффициента размягчения, морозостойкости, воздухостойкости от количества и состава комплекса минеральных добавок, вида кремнеземистого компонента, В/Т отношения смеси, режимов механохимической активации и тепловой обработки.
Исследованы усадка и набухание, водопоглощение, прочность на сжатие фосфогипсового композита при длительном хранении в различных условиях.
Установлено, что поровая структура фосфогипсового композита, характеризуется повышенным содержанием мелких пор, способствующих увеличению эксплуатационной надежности стеновых изделий.
Методами РФА, ДТА, РЭМ и оптическим методом установлен состав основных новообразований, представленный гидросиликатами, гидроалюминатами и гидросульфоалюминатами кальция, его изменение в процессе твердения и влияние на свойства композита. В результате реакций гидратации полости между кристаллами дигидрата сульфата кальция заполняются новообразованиями, а также ультрадисперсными кремнеземистыми частицами, что способствует увеличению количества контактов между кристаллами и повышению плотности, прочности и водостойкости фосфогипсового композита.
Практическая значимость работы. Разработаны составы сырьевой смеси, обеспечивающие повышенную прочность и водостойкость изделий на основе модифицированного фосфогипса-дигидрата и позволяющие получать с 3040% комплекса минеральных добавок, содержащего 1020% извести, 10% модификатора МБ-10-50-С, 1020% портландцемента, при низкотемпературной тепловой обработке, стеновые камни марок по прочности М50М125, с коэффициентом размягчения более 0,65.
Разработана технология получения строительных изделий на основе модифицированного фосфогипса-дигидрата, включающая механохимическую активацию сырьевой смеси, виброформование стеновых камней, низкотемпературную тепловую обработку сушкой при 600С или естественное твердение.
Внедрение результатов исследований. Проведена промышленная апробация разработанных предложений по получению стеновых камней из фосфогипса-дигидрата, модифицированного комплексом минеральных добавок. Опытно-производственное опробование проведено на производственной базе фирмы ООО «Стройэволюция». Выпущена опытная партия стеновых камней размером 390x190x188 мм средней плотности 13001340 кг/м3, маркой по прочности М75 в объеме 48 м3.
Разработан технологический регламент на производство стеновых камней из фосфогипсового композита.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на научно-практических конференциях в Московском государственном строительном университете: «Строительство – формирование среды жизнедеятельности» в 2000, 2001, 2002, 2003 годах; в Пензенской государственной архитектурно-строительной академии на Всероссийской ХХХ научно-технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства» в 2001 году; в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова на Международном конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» в 2003 году; на II Всероссийском семинаре с международным участием «Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий» в Уфе 2-4 июня 2004 года; на 2-ой Всероссийской (Международной) конференции по бетону и железобетону в Москве 5-9 сентября 2005 года; на III Всероссийском семинаре с международным участием «Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий» в Туле 28-30 сентября 2006 г, на IV Всероссийском семинаре с международным участием «Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий» в Волгограде 24-26 сентября 2008 г.
Основное содержание работы опубликовано в девяти статьях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка, включающего 142 наименований, и приложений. Общий объем работы 150 страниц машинописного текста, 35 рисунков, 29 таблиц.
На защиту диссертации выносятся:
- обоснование возможности повышения эффективности стеновых изделий путем использования модифицированного фосфогипса-дигидрата;
- зависимости основных свойств фосфогипсового композита от его компонентного состава и технологических параметров;
- особенности формирования структуры фосфогипсового композита;
- технология получения стеновых изделий на основе фосфогипсового композита;
- результаты производственного опробования.
