Введение к работе
Актуальность темы. В современном строительном материаловедении в условиях рыночной экономики исключительно актуальной проблемой является разработка научных основ получения строительных материалов с улучшенными качественными характеристиками, в частности, с повышенными эстетико-потребительскимим свойствами. В строительстве -это создание эффективных отделочных материалов, обладающих высокими декоративными свойствами и долговечностью как для внутренней, так и для внешней отделки.
Без сомнения, к таким строительным материалам можно отнести белый и цветной портландцементы, а также сухие строительные смеси на их основе. Однако выпускающийся белый портланддеменг (БПЦ) имеет существенный недостаток - низкую морозо- и коррозионную стойкость из-за повышенного содержания СзА (до 15%). Это ограничивает его применение, особенно в регионах с пониженными температурами в зимнее время, что значительно снижает рынок сбыта такого цемента. Спрос же на БПЦ как в России, так и в других странах очень велик.
В связи с актуальностью проблемы на кафедре технологии керамики, стекла и вяжущих веществ (ТКС и ВВ) Южно-Росийского государственного технического университета (ЮРГТУ) был разработан состав низкоалюминатного белого портландцемента с заданным комплексом эксплуатационных свойств, а именно повышенной белизной и морозостойкостью.
Однако получение низкоалюминатного БПЦ сопряжено с большими трудностями, возникающими на стадиях клинкерообразования в связи с трудноспекаемостью клинкера, в том числе из-за пониженного содержания СзА. В связи с этим с позиций современного развития реурсосберегающих технологий весьма актуальным является изыскание эффективных путей интенсификации процесса обжига клинкера низкоалюминатного БПЦ.
Работа выполнялась по плану фундаментальных НИР научного направления 1.14 Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института): «Разработка теоретических основ ресурсосберегающих технологий новых тугоплавких неметаллических и силикатных материалов: композиционных, керамических, стекломатериалов и вяжущих»
Целью работы является: Интенсификация процесса обжига клинкера низкоалюминатного БПЦ с применением добавки различных минерализаторов и повышение его качества.
В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:
установить на основе термодинамических расчетов и экспериментальных данных определения фазового состава образцов последовательность и механизм реакций образования
первичных клинкерных фаз на стадии низкотемпературных процессов (до 1000С) обжига клинкера;
изучить особенности формирования первичных фаз клинкера при низкотемпературных взаимодействиях сырьевых компонентов с применением комплекса физико-химических методов;
исследовать эффективность и механизм влияния хлоридов щелочных металлов на интенсификацию низкотемпературных и жидкофазового процессов обжига клинкера;
установить влияние добавки минерализатора на свойства низкоалюминатного БПЦ;
разработать рекомендации промышленности.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
развиты научные представления в химии цемента о механизме и последовательности реакций формирования первичных клинкерных фаз на стадии низкотемпературных процессов обжига (до 1000... 1100 С) клинкера белого портландцемента;
впервые в технологии БПЦ на основе термодинамического анализа смоделирована возможность и последовательность протекания твердофазовых реакций с целью интенсификации клинкерообразования;
- выявлены принципиально отличающиеся от существующих в
настоящее время особенности низкотемпературного взаимодействия
компонентов сырьевой смеси непосредственно с СаСОз и подтверждена их
практическая реализация;
исследован механизм интенсифицирующего влияния хлоридов LiCl, NaCl, КС1 на реакционную способность кремнеземистого и карбонатного компонентов; при этом выявлено, что добавка NaCl снижает температуру полиморфного перехода р-кварца в а-кварц на 70С, что повышает реакционную способность кварцевого песка, а также ускоряет декарбонизацию СаСОз;
ввод в сырьевую смесь добавки 0,5% хлоридов LiCl, NaCl, КС1 значительно ускоряет процессы клинкерообразования за счет их каталитического влияния, обеспечивающего повышение реакционной способности применяемых в производстве БПЦ сырьевых компонентов, образования промежуточных соединений на стадии низкотемпературных процессов, а также снижения вязкости и поверхностного натяжения жидкой фазы при спекании клинкера.
Практическая значимость работы состоит в следующем:
разработан способ интенсификации процесса обжига трудноспекаемой сырьевой смеси клинкера низкоалюминатного БПЦ; при этом предложено введение в сырьевую смесь добавки минерализаторов - хлорида натрия NaCl в количестве 0,5%;
установлена возможность получения клинкера белого портландцемента при пониженных температурах обжига Тоб~1430...1450С, обладающего повышенной белизной и морозостойкостью, что позволяет экономить
- разработаны рекомендации по производству низкоалюминатного БПЦ
для ЗАО «Углегорск-Цемент» Ростовской области при его реконструкции.
На зашиту выносятся:
физико-химические особенности взаимодействия карбоната кальция с компонентами сырьевой смеси низкоалюминатного БПЦ;
модель последовательности протекания реакций в низкотемпературной области и механизм каталитического и минерализующего влияния хлоридов щелочных металлов на интенсификацию клинкерообразования трудноспекаемой сырьевой смеси низкоалюминатного БПЦ за счет повышения реакционной способности сырьевых компонентов и образования легкоплавких микрорасплавов;
- зависимость вязкости и поверхностного натяжения жидкой фазы
клинкера от глиноземного модуля, температуры и добавки минерализаторов
- LiCl, NaCl, КС1;
результаты испытаний строительно-технических свойств низкоалюминатного БПЦ. Апробация работы:
Основные положения и результаты исследований докладывались на: Международном студенческом форуме,- г. Белгород, БелГТАСМ, 2002 г.; Международной научно-технической конференции, г. Минск, БГТУ, 2002г.; Международном конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии», г. Белгород, БелГТАСМ, 2003г.; 53-й научно-технической конференции студентов и аспирантов ЮРГТУ (НПИ), г.Новочеркасск, 2004г.; третьей международной научно-практической конференции, г.Ростов-на-дону, РГСУ, 2004г.; международной научно-технической конференции, г.Минск, БІТУ, 2004г; вторых научных чтениях «Физико-химические проблемы в технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалах», г.Харьков, НТУ «ХПИ», 2004г; Международной научно-практической конференции «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии», г. Белгород, БГТУ им.В.Г. Шухова, 2005г.
Публикации: По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и общих выводов, списка литературы и приложений. Она изложена на 138 страницах машинописного текста и содержит 29 рисунков, 33 таблицы, список литературы из 124 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность доктору технических наук, профессору, заслуженному деятелю науки и техники РФ Зубехину Алексею Павловичу за неоценимую консультационную помощь по диссертационной работе.
