Мінерально-фазовий склад новоутворень золошламового в’яжучого

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 666.97; 543

Мінерально-фазовий склад новоутворень золошламового в'яжучого

В.П. Очеретний, к.т.н.,

В.П. Ковальський,

М.П. Машницький.

В Україні традиційно широко використовували природну сировину і практично повністю забезпечували будівництво власними матеріалами. Однак слід зауважити, що відносно легкодоступні запаси природної сировини, які найчастіше представлені речовинами стабільної кристалічної структури масово видобуваються сучасними високотехнічними засобами і знаходяться перед загрозою вичерпання. Видобувати сировину стає все складніше. Можна з упевненістю говорити про те, що час дешевої природної сировини закінчився. Тому проблема сировини вирішується за рахунок збільшення витрат енергії, розробки менш багатих родовищ, ускладнення технологічних рішень при переробці сировини шляхом її збагачення [1].

Якщо врахувати всі ускладнення, що виникають при використанні природної сировини, а також постійно зростаючу кількість техногенних відходів, які забруднюють навколишнє середовище, стає зрозумілою необхідність масового використання для виробництва будівельних матеріалів таких відходів. Включивши їх у господарський цикл, ми за-безпечуємо таке джерело, яке не вичерпається доти, поки існує індустрія. Використання відходів є одним із головних напрямків розвитку сировинної бази при проектуванні складу композиційних матеріалів[2-5].

Найбільш розповсюдженими відходами є металургійні шлаки чорної і кольорової промисловості, золошлакові відходи ТЕС, пил електрофільтрів, відходи хімічних виробництв. Використання відходів виробництв в технології будівельних матеріалів одночасно вирішує і екологічні проблеми.

На довговічність і властивості композиційних цементів суттєво впливає мінералогічний склад сировинних компонентів і фізико-хімічні процеси, які обумовлені умовами тверднення. В останні роки в зв'язку з різким розвитком хімії синтетичних матеріалів зросли можливості одержання різносторонньої інформації про широкий комплекс властивостей матеріалу за допомогою методів термічного аналізу. луг оксид бокситовий шлам

Ми вважаємо, що при введені бокситового шламу в цементно-зольну суміш слід очікувати зміну фазового складу новоутворень, за рахунок взаємодії оксидів заліза та алюмінію з продуктами гідратації клінкерних мінералів. Вплив оксидів і лугів які містяться в бокситовому шламі на цементно-зольну суміш вивчено не достатньо.

В роботі [6] з застосуванням рентгенівського аналізу встановлено, що в перехідній зоні метал-цементне тісто інтенсивно утворюється гідрооксид кальцію.

З метою визначення впливу бокситового шламу на фазовий склад новоутворень золошламового в'яжучого було проведено рентгенофазовий (РФА) аналіз згідно ДСТУ Б А.1.1.-8-94 проб цементного каменя, який проводився на дифрактометрі ДРОН 3М. Розшифровка результатів досліджень (РФА) [7-11] підтверджує, що впровадження сторонніх іонів у ґратки C3S збільшує його реакційну здатність стосовно води. Аліти, що містять Fе , завжди виявляють більш високий ступінь гідратації, чим аліти з Al, які, у свою чергу, мають більш високу ступінь гідратації, чим аліти з Mg.

До алюмоферитних фаз клінкерів, насамперед, варто віднести С3А , а також тверді розчини алюмоферитів кальцію. На думку [12] у гексагональних пластинчастих гідроалюмінатах кальцію типу С3АН19 окис алюмінію може заміщатися залізом або іншими тривалентними іонами, у той час, як сульфат кальцію може бути цілком або частково заміщений хлоридом, сульфідом або гідроокисом кальцію. Цей моносульфатний гидросульфоалюмоферит кальцію важко ідентифікувати за допомогою рентгенівського дифракційного аналізу.

Серія твердих розчинів, утворених чотирма гідрогранатами ( C3AH6, С3FH6, С3АS3, С3FS3), насамперед викликана наявністю в складі цементу С3А, C4AF, оксидів заліза.

У цементах, що містять підвищену кількість заліза, може бути присутнім двухкальциевый ферит, що при гідратації дає двухкальциевый гідроферит 2СаO*Fe2O3*H2O. Це з'єднання в розчинах Са(OH)2 переходить у 3СаO*Fe2O3*6H2O, a по деяким даним переходить у 4СаO*Fe2O3*13H2O. Варто підкреслити, що трьох - і чотирикальцієві гідроалюмінати і гідроферити тих же складів при одночасному утворенні дають тверді розчини з загальними формулами: 3СаО*(Al2О3,Fе2О3)*6Н2O і 4СаО*(Al2О3,Fе2О3)*13Н2O.

По даним [12], при тепловологі обробці в автоклаві при температурі 175-200°С на протязі 8-10 годин C4AF в суміші з кварцовим порошком енергійно зв'язує кремнезем з утворенням гідрогранатів 3СаО*(Al2О3,Fе2О3)*хSiO2*(6-2х)*Н2O , а також алюмінійзаміщеного гідросилікату типу CSH(В). Подібне явище спостерігається і при тепловологій обробці С2F.

Введення до складу бетону невеликих добавок оксидів заліза, по літературним даним, забезпечує інтенсифікацію утворення низькоосновних гідросилікатів кальцію. Останні додають бетону високі фізико-механічні характеристики[13-16].

Для відповіді на питання яким чином змінюється структура в'яжучого в залежності від вмісту в ньому бокситового шламу та які новоутворення забезпечують його міцність, були виготовлено 7 серій зразків з різним вмістом червоного шламу для проведення рентгенофазового аналізу. Вміст портландцементу, В/Т відношення та умови тверднення залишали сталим. Склад формованих сумішей наведено в табл.

Технологія приготування суміші включає в себе наступні стадії. Суміш, у відповідному співвідношенні золи-виносу, червоного шламу та портландцементу перемішували у змішувачі на протязі 5 хв. Потім добавляли воду та формували зразки. Відформовані зразки витримувались 12-16 годин при температурі 20±2°С, після чого пропарювались при температурі 80-85 °С по режиму «2 + 4 + 2».

Таблиця. Склад формованих сумішей

В камені золоцементного в'яжучого серії №1 контрольного складу на (рис. 1 кр. а РФА) вказує на наявність наступних мінеральнофазових новоутворень: кварцу (SiO2)-міжповерхневих відстаней-d/n=4,27; 3,363; 1,824; А?; кальциту - CaCO3 з d/n - 3,05 А?; можлива наявність трикальцієвого алюмінату 3CaO*Al2O3 з d/n - 1,824; А?

В камені золошламого в'яжучого серії №2 при вмісті бокситового шламу 15% на (рис. 1 кр б РФА) можливо ідентифікувати наступні мінерали: кварцу (SiO2)-міжповерхневих відстаней-d/n=4,27; 3,363; 1,824;А?; кальциту - CaCO3 з d/n - 3,05 А?; 3-х кальцієвого силікату - аліту (С3S) з d/n - 2,76;1,824; тобермориту з d/n - 3,073; 2,69 А?; 4СаO*Fe2O3*13H2O чотирикальцієвий гідроферит з d/n -2,76 А?; можлива наявність трикальцієвого алюмінату 3CaO*Al2O3 з d/n - 1,824; А?

Рис. 1. Рентгенограма зразків серій № 1; 2; 3

1. вміст шламу 0%

2. вміст шламу 15%

3. вміст шламу 30%

В камені золошламого в'яжучого серії №3 при вмісті бокситового шламу 30% на (рис. 1 кр в РФА) можливо ідентифікувати наступні мінерали: кварцу (SiO2) - міжповерхневих відстаней-d/n=3,351;А; чотирикальцієвий гідроферит 4СаO*Fe2O3*13H2O з d/n -2,714; 2,521 А; кальциту - CaCO3 з d/n - 3,058 А; можлива наявність етрингіту з d/n -2,714;А;

В камені золошламого в'яжучого серії №4 при вмісті бокситового шламу 45% на (рис. 2 кр г РФА) можливо ідентифікувати наступні мінерали: кварцу (SiO2) - міжповерхневих відстаней-d/n=3,362;А; оксид заліза - Fe2O3 з d/n - 4,21; 1,698 А; кальциту - CaCO3 з d/n - 3,05; 1.914 А; чотирикальцієвий гідроферит 4СаO*Fe2O3*13H2O з d/n -2,71; 2,52 А; однокальцієвий гідроалюмінат CaO*Al2O3 10H2O з d/n - 3.707; 2,286 А; можлива наявність етрингіту з d/n -2,71;А;

Рис. 2. Рентгенограма зразків серій № 4; 5; 6.

4. вміст шламу 45%

5. вміст шламу 60%

6. вміст шламу 75%

В камені золошламого в'яжучого серії №5 при вмісті бокситового шламу 60% на (рис. 2 кр д РФА) можливо ідентифікувати наступні мінерали: кварцу (SiO2) - міжповерхневих відстаней-d/n=3,351;А; оксид заліза - Fe2O3 з d/n - 4,19; 2,44;1,843; 1,698 А; кальциту - CaCO3 з d/n - 3,058; А; чотирикальцієвий гідроферит 4СаO*Fe2O3*13H2O з d/n -2,714; 2,519 А однокальцієвий гідроалюмінат CaO*Al2O3 10H2O з d/n - 3.70; 2,29 А етрингіту з d/n -4,87;2,714 А;

В камені золошламого в'яжучого серії №6 при вмісті бокситового шламу 75% на (рис. 3 кр е РФА) можливо ідентифікувати наступні мінерали: кварцу (SiO2) - міжповерхневих відстаней-d/n=3,36;А; оксид заліза - Fe2O3 з d/n - 4,19; 2,461; 1,698 А; кальциту - CaCO3 з d/n - 3,06; А; чотирикальцієвий гідроферит 4СаO*Fe2O3*13H2O з d/n -2,71; 2,528 А; однокальцієвий гідроалюмінат CaO*Al2O3 10H2O з d/n - 3.72; 2,461 А; можлива наявність етрингіту з d/n -2,71 А;

В камені золошламого в'яжучого серії №7 при вмісті бокситового шламу 100% на (рис. 3.8 кр ж РФА) можливо ідентифікувати наступні мінерали; оксид заліза - Fe2O3 - міжповерхневих відстаней-d/n=- 4,19; 2,46; 1,70 А; кальциту - CaCO3 з d/n - 3,06; А; чотирикальцієвий гідроферит 4СаO*Fe2O3*13H2O з d/n -2,71; 2,52А; однокальцієвий гідроалюмінат CaO*Al2O3 10H2O з d/n - 2,46 А; можлива наявність етрингіту з d/n -2,71 А

Рис. 3. Рентгенограма зразків серій № 7.

7. вміст шламу 100%

В серіях зразків які містять бокситовий шлам можливо ідентифікувати гідрогранати: - міжповерхневих відстаней-d/n= 2,71-2,80 А?.

Потрібно відмітити, що в зразках, з добавкою бокситового шламу до 30% не ідентифіковано оксиди заліза - Fe2O3, на нашу думку це пов'язано з тим, Fe2O3 вступає в хімічні реакції з кремнеземом внаслідок чого утворюються гідросилікати та гідрогранати, які і призводили до підвищення активності та водостійкості в'яжучого. Ідентифікація оксиду заліза - Fe2O3, в серії зразків №4 пояснює максимальну активність в'яжучого, що забезпечує інтенсифікацію утворення низькоосновних гідросилікатів кальцію які і надають в'яжучому високі фізико-механічні характеристики. Подальше зменшення міцності в серіях зразків №5-6 поясняється зменшенням кремнезему, а в серії зразків №7, які мають мінімальну міцність, взагалі не можливо ідентифікувати кремнезем. Відсутність на рентгенограмах піку з d/n - 2,516 А (крім серії зразків №1), вказують на то, що Ca(OH)2 інтенсивніше вступає у взаємодію з SiO2 скла утворюючи гідросилікати кальцію. Останне, на нашу думку, пов'язане з хімічною активацією алюмосилікатного скла золи-винос лугами які містяться в бокситовому шламі.

Таким чином, введення бокситового шламу в золоцементне в'яжуче суттєво впливає на зміну мінерально-фазового складу новоутворень золоцементного каменю. Оксиди заліза - Fe2O3 та оксид алюмінію Al2O3 які містяться в червоному бокситовому шламі є прискорювачами утворення гідросилікатів кальцію. При наявності відносно великої кількості Fe2O3 в складі цементної зв'язки можливо утворення алюмозалізовміщувальних гідрогранатів, залізовміщувальних гідросилікатів кальцію та гідроферитів кальцію

Список літератури

1. Рунова Р.Ф., Шейніч Л.О., Гелевера О.Г., Гоц В.І. Основи виробництва стінових та оздоблювальних матеріалів.-К.; КНУБА, 2001.-354 с.

2. Ковальський В.П. Застосування червоного бокситового шламу у виробництві будівельних матеріалів // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. - 2005. - № 1 (49). - С. 55-60.

3. Очеретний В.П., Ковальський В.П. Дрібноштучні стінові матеріали з використанням відходів промисловості // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2005. - № 1. - С. 16-21.

4. Друкований М.Ф., Очеретний В.П., Ковальський В.П. Комплексне золошламове в'яжуче // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - 2006. - Вип. 21. - С. 94-100.

5. Пат. 13518 Україна, МПК С 04 В28/00. Суміш для виготовлення будівельних виробів. Очеретний В.П., Ковальський В.П. Заявл. 21.06.2005; Опубл. 17.04.2006. Бюл. №4. - 6 с.

6. Вегман Е.Ф., Руфанов Ю.Г., Федорченко И.Н. Кристаллография, минералогия, петрография, рентгенография. - М.: Металлургия, 1990. - 262 с.

7. Горшков В.С. Вяжущие, керамика и стеклокристаллические материалы: Справочное пособие, - М.: Стройиздат, 1995. - 688 с.

8. Горшков В.С., Тимашев В.В., Савельев В.Г. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. - М.: Высшая школа, 1981. - 333 с.

9. Нахмансон М.С. Диагностика состава материалов рентгено-дифракционными и спектральными методами. Л.: Стройиздат, 1990. - 390 с.

10. Серсале Р. Гидравлические свойства алитов содержащих Al, Fe, Mg. // VIII международный конгресс по химии цемента. - М.: Стройиздат. - 1976. - С. 157 - 163.

11. Людвіг У. Исследования механизма гидратации клинкерных минералов. // VIII международный конгресс по химии цемента. - М.: Стройиздат. - 1976. - С. 104 - 121.

12. Бутт Ю.М., Рашкович Л.Н. Твердение вяжущих при повышенных температурах. - М.: Стройиздат. 1989 - 223 с.

13. Очеретный В.П., Ковальский В.П. Определение факторного пространства для построения математической модели карбонатного пресс-бетона // Материалы к 43-му международному семинару по моделированию и оптимизации композитов “Моделирование и оптимизация в материаловедении”, МОК'43. - Одесса: Астропринт, 2004. - С. 149.

14. Очеретний В.П., Ковальський В.П. Передумови активації золи-винесення відходами глиноземного виробництва // Матеріали VIII міжнародної науково-практичної конференції “Наука і освіта 2005”. - Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2005. - Том 55. - С. 31-32.

15. Ковальский В.П. Оптимизация состава карбонатного бетона // Материалы к 44-му международному семинару по моделированию и оптимизации композитов “Моделирование и оптимизация в материаловедении”, МОК'44. - Одесса: Астропринт, 2005. - С. 134.

16. Очеретний В.П., Ковальський В.П., Машницький М.П. Комплексна активна мінеральна добавка на основі відходів промисловості //Сборник научных трудов по материалам IV международной научно-практической Интернет-конференции „Состояние современной строительной науки - 2006”.- Полтава: Полтавский ЦНТЭИ, 2006. - С. 116-121.

Размещено на Allbest.ru