Подпишитесь на наши новости.

Email:


Подписаться

Сычугов С.В., Ижевский ГТУ (руководитель Яковлев Г.И., д.т.н., профессор) «Влияние гальванического шлама на структуру и свойства ангидритового вяжущего»

Ангидритовые вяжущие относятся к классу воздушных вяжущих веществ, изделия на их основе твердеют и набирают прочность в воздушных условиях. У ангидритовых вяжущих веществ есть ряд преимуществ, однако широкое их применение ограничено в связи с особенностями химического строения.
В настоящих исследованиях изучалась возможность активации ангидритовых вяжущих отходом производства завода «Аксион – Холдинг» гальваническим шламом. Анализ данных о химическом составе показал наличие в шламах активных компонентов, способных создавать эффект упорядочивания структуры в образующемся гипсовом камне. Установлено положительное влияние шлама на структурообразование и физико-механические характеристики ангидритовой матрицы. Определено оптимальное содержание отхода в составе композиционного вяжущего.

Ключевые слова: ангидритовые вяжущие, активация, модификация, гальванический шлам, свойства и структура.

Введение

Широкое применение ангидритового вяжущего, выпуск строительных материалов на его основе сдерживается из-за недостаточной изученности свойств. Известны способы получения ангидритового вяжущего посредством обжига двуводного гипса или природного ангидрита [1, 2], а также помолом природного ангидрита с добавлением для интенсификации процессов гидратации и твердения щелочных активаторов. Использование активаторов позволяет изменять морфологию новообразований, способствуя формированию мелкокристаллической структуры с повышенной плотностью и меньшей дефектностью. Материалы с подобной структурой обладают повышенными физико-механическими свойствами по сравнению с теми, в которых активаторы не использовались.

Материалы и методы исследования

В работе использовалось ангидритовое вяжущее Ергачёвского месторождения Пермского края, характеристики которого представлены в табл. 1. При проведении исследований ангидритовый порошок просеивался через сито № 008 по ГОСТу 9128-78, остаток домалывался на лабораторном истирателе «ИД 200». Удельная поверхность частиц, средний диаметр определялись при помощи лазерного анализатора марки «HORIBA LA-950» (рис. 1).
Известно [3, 6], что твердение ангидритовых вяжущих в щелочной среде протекает значительно интенсивнее. Для регулирования сроков схватывания гипсовых вяжущих, по данным В.Б. Ратинова и Т.И. Розенберга, целесообразно применять добавки первого класса, относящиеся к сильным электролитам и содержащие одноименный с сульфатом кальция ион. В связи с этим использовалась сульфатная активация, а в качестве активатора применяли соль гидросульфата натрия NaHSO4. Согласно [4], гидросульфат натрия – порошок белого цвета, имеет показатель рН-раствора = 9, плотность вещества составляет 2,48 г/см2.

1

2

В качестве модификатора исследовался гальванический шлам – отход производства завода ОАО «Аксион-холдинг», который является продуктом нейтрализации кислот, применяемых в гальваническом производстве, растворами щелочей (КОН, NaOH и др.) или известью.
Шлам представляет собой жидкотекучую массу серого цвета (рис. 2а), в составе которого содержится акрилатная сополимерная эмульсия АА 230, использующаяся как связующее для частиц ультрадисперсного размера. Влажность шлама составляет 39,7 %.

1

Для определения химического и вещественного составов шлам предварительно подвергался сушке при 240 °С, после чего проводились рентгенофазовые исследования на рентгеновском дифрактометре «ДРОН-32». Расшифровка рентгенограмм проводилась по методике, изложенной в [5]. Установлено, что минералогический состав исследуемого шлама представлен карбонатом кальция СаСO3, присутствует в небольшом количестве оксид кремния SiO2 и его модификации, имеются следы оксида магния МgO, железа Fe2O3, и других оксидов.
Для повышения степени активности и проявления способности вступать во взаимодействие с продуктами гидратации ангидрита исследуемый шлам подвергался обжигу в интервале температур 800÷1000 °С [7]. При обжиге исходный кальцит СаСO3 подвергается декарбонизации с образованием оксида кальция СаО и диоксида углерода СО2.
После обжига порошки подвергались рентгенофазовому (рис. 3а, 3б), микроскопическому анализу (рис. 4а, 4б), определялся минералогический состав обожженного шлама. Для определения рН – водной вытяжки, исследования проводили с помощью прибора «рН 150МИ». Технические данные исследуемых порошков представлены в табл. 2.

1

Качественный рентгенофазовый анализ обожженного шлама при 800 °С, проведенный с использованием дифрактометра ДРОН-3, показал, что в минералогическом составе кроме образовавшегося СаO (dα = 2,82; 2,78; 2,41; 1,87; 1,70; 1,45; 1,20 Å), шпинели Fe3O4 (dα = 2,10; 1,48; 1,38; Å) присутствует аморфная фаза оксида кремния в области 2θ = 21÷64 0. Имеется исходный неразложившийся кальцит (dα = 3,85; 3,04; 2,48; 2,28; 1,91; 1,52; 1,43; 1,39 Å), а также карбиды магния и железа (рис. 3а). При повышении температуры обжига до 1000 °С имеются незначительные линии интенсивности кальцита СаСО3 (dα = 3,86; 3,04; 2,48; 2,28; 1,91; Å), основная часть которого декарбонизировалась на СО2 и СаО. На рентгенограмме присутствуют линии интенсивности оксида кремния SiO2, шпинели магнетита Fe3O4, оксида железа Fe2O3 и его модификаций.

1

Для определения структуры порошков, обожженных при различных температурах, проводилось исследование микроструктуры частиц при различных увеличениях с помощью оптического микроскопа МИН-8 и растрового электронного микроскопа «FEI Quanta 200».
В результате анализа частиц шлама выяснилось, что их структура рыхлая, неплотная; она представлена кристаллами различной величины; поверхность покрыта мелкими группами кристаллов.
Известно, что свойства оксида кальция: плотность, размер кристаллов, скорость твердения (гидратации) зависят от температуры диссоциации.

1

частиц при 20 000-кратном увеличении; (б) – частицы при 40 000-кратном увеличении
Обожженный шлам использовался для активации ангидритового вяжущего при различных концентрациях. Основываясь на данных [7, 8], содержащиеся в составе шламов соединения СаО, SiO2, FeO и Fe2O3, а также их модификации в высоко дисперсном состоянии способны создавать эффект упорядочения структуры. Он заключается в способности дисперсных частиц при сближении мгновенно конденсироваться в камневидное вещество, с образованием структурных связей.
Для приготовления смеси ангидритовое вяжущее подвергалось механохимической активации совместно с гидросульфатом натрия, взятого в отношении 2 % по массе в истирателе «ИД 200». Для затворения смеси использовалась вода, соответствующая ГОСТу 23732-79.
Для улучшения технологических свойств смеси: повышения подвижности, пластичности, водоудерживающей способности, удобоукладываемости, а также для регулирования сроков схватывания использовался суперпластификатор С-3, его содержание составляло 0,2 % от массы вяжущего. Пластификатор добавлялся в сухом виде в воду, совместно с обожженным порошком шлама; после тщательного перемешивания образовывалась суспензия.
Для определения физико-механических характеристик изготавливались образцы-кубики с размерами 20 х 20 х 20 мм, образцы-балочки 40 х 40 х 160 мм. Испытания образцов проводили согласно [9, 10], в результате были получены значения пределов прочности на сжатие и изгиб в возрасте 14 суток (рис. 5).
Исследование микроструктуры испытанных образцов проводилось с помощью микроскопа “Capture Scope”(рис. 6).

1

1

Из анализа микроструктуры следует, что ангидритовое вяжущее, модифицированное гальваническим шламом, имеет более плотную структуру с меньшим количеством пор, размер пор составляет 0,9÷1,4мм.

Выводы

В результате модификации ангидритовых вяжущих гальваническими шламами, подвернутыми термической обработке (до 1000 °С), происходит повышение физико-механических показателей, в первую очередь прочности при сжатии. Это происходит за счет формирования более плотной структуры камня вследствие структурирования ангидритовой матрицы ультрадисперсным порошком обожженного шлама.
В ходе исследования выяснилось, что оптимальной температурой обжига шлама является температура 1000 °С, при которой достигаются наивысшие прочностные характеристики.

Литература

1. Будников П.П. Гипс, его исследование и применение. М, 1951.

2. Волженский А.В., Ферронская А.В. Гипсовые вяжущие и изделия. М., 1974.

3. Волженский А.В., Буров Ю.С., Колокольников В.С. Минеральные вяжущие вещества. // Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.:, 1973.

4. Шыхарева Л.В., Зырянов В.В. Сульфат натрия. Свойство и производство // Технология минеральных солей. 4-е изд. Л., 1974.

5. Горелик С.С., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электронооптический анализ. 2-е изд., перераб. и доп. М., 1970.

6. Пащенко А.А., Сербин В.П., Старчевская Е.А. Вяжущие материалы: учебник для вузов. Киев, 1985.

7. Глуховский В.Д., Рунова Р.Ф. Контактноконденсационные гидравлические вяжущие вещества // Строительство и архитектура. – Киев, 1975, вып. 9. – С. 31-34

8. Боженов П.И., Глуховский В.Д. Рунова Р.Ф. Эффект упорядочения структуры // Материалы конференции ЛИСИ – Л., 1983 – С. 42-58

9. ГОСТ 5802 – 86 Строительные растворы. Методы испытаний

10. ГОСТ 23789 – 79 Вяжущие гипсовые. Методы испытанийМЕЖДУНАРОДНЫЙ


"Во-первых, спасибо за приглашение, строительная конференция прошла на европейском уровне и была очень хорошо организована. У меня появилось много интересных контактов с людьми со всех уг...
"Это мой первый визит в Россию. Интересные доклады. Получил много новых впечатлений и новый опыт."

Информационные партнеры