авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 28 | 29 || 31 | 32 |   ...   | 43 |

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ...»

-- [ Страница 30 ] --

1-3 Обжиг образцов осуществлялся при темпера турах 950, 1000 и 1100 °С с выдержкой в течение 1 часа.

Сопоставление полученных результатов (рис.5) свиде тельствует о том, что обжиг при температуре 950 °С, независимо от вида связующего, обеспечивает получе Рис. 5 Влияние вида связующей добав- ние пористых изделий с плотностью до 0,7 г/см и проч ки на плотность (А) и прочность (Б) ностью до 3,8 МПа. Повышение температуры обжига до пористой керамики: 1-1– 1100 °С позволяет определиться с выбором связующих лигносульфонат, 1-2–метилцеллюлоза, добавок: наибольшей прочностью обладают образцы на 1-3 –ортофосфорная кислота, связке из растворов лигносульфоната (ССБ) и метилцел 1-4–суперпластификатор СП-1 люлозы.

Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о возможности получения на основе композиций «диатомит - вспученный вермикулит» теп лоизоляционных материалов, обладающих высокой прочностью (до 10 МПа) при пониженной объемной массе (до 1,0 г/см).

ПОРИСТЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ВЕРМИКУЛИТА Л.Г. Кияева, И.Б. Ревва Научный руководитель профессор Т.В. Вакалова Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г.Томск, Россия В настоящее время выпускаются самые разнообразные пористые изделия с целью снижения теплопро водности, повышения газо- и жидкостной проницаемости и увеличения внутренней поверхности порового про странства для возможности пропитки. Подобные материалы находят применение во многих областях техники, например, теплоизоляция строительных сооружений и тепловых агрегатов, теплозащита летательных, прежде всего космических аппаратов и др.

Теплоизоляционные изделия и конструкции, используемые в разных отраслях промышленности и теп лоэнергетике, значительно сокращают потери тепла и холода, обеспечивают экономию топлива и энергии.

Целью данной работы является исследование влияния вида связующего компонента на свойства порис той керамики. Природным сырьем для исследования выбран вспученный вермикулит, который обладает сле дующими свойствами: повышенной огнестойкостью (температура использования 1200 °С), инертностью, высо кой звукопоглощающей способностью, низкой теплопроводностью. В качестве огнеупорной связки выступает Кайлинская глина, которая в первую очередь является огнеупорной беложгущейся глиной.

Используемый в работе вспученный вермикулит представляет собой крупнозернистый порошок от бе лого до светло-желтого цвета с блестящими включениями в виде пластинок. Насыпная плотность вермикулита – 100 кг/м, истинная – 2600 кг/м.

Химический состав исходных компонентов определяли по методике определения химического состава глин (табл. 1).

Минералогический состав исходного компонента определяли рентгеновским методом, выполненном на дифрактометре ДРОН – 3,0. Установлено, что в составе вспученного вермикулита присутствуют следующие ми нералы исходной породы: вермикулит, флогопит и сепиолит. Кроме того, на дифрактограмме фиксируются пики кварца, диопсида и силлиманита. Данные совместного термоанализа подтверждаются результатами расшифров ки рентгенограммы исходного вспученного вермикулита.

ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР Таблица Химический состав вермикулита Содержание оксидов, % Материал mпрк SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 37,50 11,73 4,66 4,70 26,50 2,18 12, Вермикулит 43,00 13,14 5,34 5,02 31,00 2,50 65,64 21,50 1,19 1,29 0,60 0,91 0,51 8, Кайлинская глина 71,62* 23,46 1,30 1,41 0,65 0,99 0,56 Примечание: * в знаменателе приведены значения на прокаленное вещество Гранулометрический состав определяли с помощью ситового анализа со стандартным набором сит. Ус тановлено, что вермикулит сложен преимущественно частицами размером более 0,8 мм (88,2 %).

В качестве связки использовали огнеупорную глинистую породу месторождения Кайла, представляю щую собой пробу светло-серого цвета.

Химический анализ проводился согласно ГОСТ 2642 - 81. В зависимости от содержания Al2O3 и Fe2O3 в прокаленном состоянии согласно ГОСТ 9169 - 75 кайлинская глина (табл. 1) относится к группе полукислого глинистого сырья (21,42 % Al2O3) со средним содержанием красящих оксидов (2,25 % Fe2O3).

Гранулометрический состав определялся седиментационным методом по ГОСТ 21216.2 - 81. результаты приведены в табл.2. Таким образом, по содержанию фракции 15 - 40 мкм в соответствии с ГОСТ 9169 – 75 ис следуемая проба глинистого сырья относится к группе низкодисперсного сырья.

Таблица Гранулометрический состав кайлинской глины Содержание, %, фракции размером, мм менее 0, 1-0,25 0,25-0,006 0,06-0,01 0,01-0,005 0,005-0, 10,73 7,44 6,76 8,35 30,70 36, Результаты расшифровки дифрактограммы исследуемой пробы установлено, что кайлинская глина представляет собой полиминеральное глинистое сырье, глинистая часть которой представлена смесью каолинита и гидрослюды. Грубодисперсная часть представлена преимущественно кварцем.

Сушильные кайлинских глин оценивались величиной воздушной усадки и чувствительностью к сушке.

Установлено, что по величине воздушной усадки данная глина относится к умеренно-пластичному глинистому сырью, а по значении. Коэффициента чувствительности к сушке (0,65) – малочувствительным к сушке глинам.

Образцы оформлялись по полусухой технологии. Предварительно глину высушивали до постоянной массы и измельчали до прохода через сито с размером ячейки 0,5 мм. Впученный вермикулит использовали в исходном состоянии.

Компоненты шихты сначала перемешивали в сухом состоянии в необходимых количествах (табл. 3), за тем увлажняли, после чего дополнительно перемешивали. Составы Ш-5, Ш-10 увлажняли глиняным шликером, составы С-5 и С-10 модифицированным глиняным шликером с добавкой ССБ (сульфитно-спиртовая барда) с целью увеличения прочности сырца.

Таблица Компонентный состав масс Шифр пробы Сырьевой компонент, % мас.

глина вермикулит Ш-5, С-5* 5 Ш-10, С-10 10 * Составы С-5, С-10 с добавлением ССБ Приготовленную массу выдерживали для усреднения по влажности в течение суток, после чего произ водили формование образцов по полусухой технологии. В работе удельной давление прессования подбиралось опытным путем и составило 0,05 МПа.

Образцы оценивались визуально. Изделия с использованием шликера с добавкой ССБ отличаются более четкими гранями, большей прочностью, по сравнению с образцами с использованием глиняного шликера.

Сушку образцов производили в течение двух суток в естественных условиях при температуре 20 – 22 °С. После сушки оценивались свойства полуфабрикатов (табл. 4).

Образцы с большим содержанием пластичной составляющей обладают большей объемной массой и дают большую усадку при сушке, что обусловлено свойствами глинистого сырья. Изделия с использованием глиняного шликера с добавкой ССБ имеют более высокие прочностные характеристики по сравнению с изде лиями, увлажненными просто глиняным шликером, что обусловлено клеящим действием ССБ.

Обжиг высушенных образцов проводили при температуре 900, 950, 1000 °С с выдержкой при макси мальной температуре в течении 1 часа.

СЕКЦИЯ 18. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ Таблица Свойства высушенных образцов Шифр состава Свойства Ш-5 Ш-10 С-5 С- Объемная масса, кг/м 728 755 723 Воздушная усадка, % 1,9 0,9 1,3 Прочность, МПа 0,13 0,15 0,20 0, Затем определяли основные технологические свойства. Результаты представлены в табл. 5.

Таблица Технологические свойства масс Шифр составов Свойство при температуре обжига, °С Ш-5 Ш-10 С-5 С- Объемная масса, кг/м 900 603 736 674 950 597 698 667 1000 559 676 641 Открытая пористость, % 900 68,3 66,4 67,1 66, 950 68,7 66,6 67,2 66, 1000 70,9 66,7 68,3 70, Огневая усадка, % 900 1,9 3,2 3,5 4, 950 1,7 3,0 3,9 4, 1000 1,0 3,5 3,6 4, Прочность при сжатии, МПа 900 0,95 1,20 1,40 1, 950 0,93 1,10 1,30 1, 1000 0,83 1,05 1,28 1, Установлено, что увеличение доли непластичного компонента в вермикулитовых смесях приводит к снижению кажущейся плотности и росту величины водопоглощения обожженных изделий.

С ростом температуры обжига от 900 до 1000 °С происходит окончательное вспучивание вермикулито вого сырья (в результате расщепления частиц под действием расщепляющейся межслоевой воды), сопровож дающееся разрыхлением структуры, что приводит к снижению кажущейся плотности, водопоглощения и проч ности обожженных изделий.

Пористость полученных образцов варьируется в пределах 66 - 71 %, что соответствует требованиям для теплоизоляционных материалов.

Керамовермикулитовые изделия выгодно отличаются от традиционных теплоизоляционных шамотных и легковесных материалов, и имеют следующие положительные качества: экологически чистые, легкие и легко обрабатываются (пилятся ножовкой, пробиваются гвоздями без образования трещин и т.д.). Изделия применяют ся в качестве футеровки и теплоизоляции тепловых промышленных агрегатов, при производстве строительных материалов, нефтехимической и др.

РАЗРАБОТКА СОСТАВА И ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОСТОЙКИХ ТЕРМОПЕНОСИЛИКАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ А.Е. Ковязина Научный руководитель ассистент В.А. Кутугин Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия Для проведения теплоизоляционных работ предпочтительны материалы с жесткой ячеистой структурой и заданной геометрической формой и размерами, основанные на вяжущих системах, стеклобое, жидкостеколь ных композициях (далее ЖСК). К таким материалам относятся пеностекло, пеносиликаты, пенобетоны, газобе тоны и т.д.

Данная работа посвящена термопеносиликатным (ТПС) материалам на основе кремнеземсодержащих пород и техногенных отходов. К достоинствам таких материалов следует отнести простоту и малую энергоем кость технологии, высокие теплоизоляционные свойства, низкую плотность, негорючесть.

К недостаткам, сдерживающим развитие производства материалов на основе вспученного жидкого стекла, относятся ограниченная водостойкость и дефицитность гидратированных натриевых силикатов и их сравнительно высокая стоимость.

ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР Целью данной работы является разработка оптимального состава и технологии для получения водо стойких термопеносиликатных материалов путем исследования влияния кремнеземсодержащих добавок на свой ства ЖСК и теплоизоляционных материалов при различных условиях.

Задачей данной работы является модификация серийно выпускаемого жидкого стекла кремнеземсодер жащими добавками и формирование жидкостекольной композиции, способной при вспучивании давать легкий материал с равномерной пористой структурой и высокой водостойкостью.

Исходя из указанных предпосылок, сформировали следующие направления работ и задачи:

- исследовать влияние кремнеземсодержащих добавок на свойства вспененных материалов, вводимых при нормальных условиях, в качестве контрольных образцов;

- исследовать влияние указанных добавок вводимых с применением термического нагрева;

- исследовать влияние указанных добавок при использовании автоклавной обработки;

Экспериментальные исследования были построены следующим образом: за исходные материалы было выбрано натриевое жидкое стекло с модулем 3, в качестве добавок были выбраны наиболее перспективные кремнеземсодержащие материалы (опока, диатомит, маршаллит). Проводились эксперименты по выявлению оптимальных количеств добавки при нормальных условиях (критерий выбора – равномерность пористой струк туры с сохранением плотности не более 250 кг/м, максимальная водостойкость). Затем провели аналогичные серии экспериментов с предварительно нагретым жидким стеклом в поле токов СВЧ и с применением автоклав ной обработки жидкостекольной композиции перед термической поризацией.

Анализируя полученные результаты взаимодействия вводимых добавок с жидким стеклом при нор мальных условиях, можно сделать вывод, что химическое обменное взаимодействие на этапе формирования ЖСК минимально. Оптимальная дозировка добавок составляет около 10 % мас. Лучшие результаты получены при использовании тонкомолотой опоки. Полученные образцы имеют достаточно равномерную структуру, но низкую водостойкость, разрушение образцов происходит на 5 сутки после помещения в воду. Такие результаты нельзя признать удовлетворительными для теплоизоляционных материалов, эксплуатация которых возможна при влажных условиях. Взаимосвязь плотности полученных материалов и количества вводимых наполнителей была выбрана в качестве начальных параметров в последующих экспериментах.

Использование предварительного СВЧ прогрева при введении наполнителей позволяет легче осуществ лять стадию перемешивания и распределения компонентов в смеси. Кроме того, частичное взаимодействие ком понентов приводит к увеличению вязкости композиции после остывания, что позволяет использовать методы механической грануляции на последующих технологических этапах. На водостойкость материала СВЧ обработка существенного влияния не оказывает.

Итоговой стадией экспериментальных работ стало исследование влияния автоклавной обработки жид костекольной смеси перед термической поризацией. Автоклавная обработка композиции производилась в лабо раторном автоклаве, оборудованном мешалкой при давлении до 6 атм. в течение 2 часов. После обработки в ав токлаве вязкость композиции существенно увеличивается, модульность смеси в целом повышается. Компоненты смеси взаимодействуют на физико-химическом уровне и формируют новую высокополимерную силикатную систему, способную вспучиваться. Поризационная способность композиции при содержании добавки 20 % мас.

оказывается выше по сравнению с аналогичными составами, приготовленными по вышеприведенным способам.

Оптимальное содержание добавки составляет до 25 % мас., при этом возможно получение изделий с плотностью до 250 кг/м, прочностью близкой к 1 МПа. Водостойкость изделий значительно возрастает.

В результате проведенных экспериментов выявлено, что термическая обработка автоклавированной композиции при температурах 600-700 °С позволяет получить полностью остеклованный водостойкий материал.

Так как при таких температурах для крупноблочных изделий требуется энергозатратная процедура отжига, то такие композиции рекомендуется применять для производства сверхлегкого гранулированного заполнителя с насыпной плотность до 100 кг/м. Данный гранулят можно использовать в технологии «теплых полов», для по лучения сверхлегких блоков и засыпной высокотемпературной теплоизоляции (температура применения до 500°С).

В результате проведенных экспериментов установлено, что использование высокомодульных жидко стекольных композиций, полученных с применением автоклавной обработки, позволяет значительно повысить водостойкость и механические характеристики изделий. При глубокой модификации исходного 3-х модульного жидкого стекла в автоклаве происходит формирование нанодисперсной силикатной системы, исходные компо ненты равномерно распределяются, а химический состав получаемого стекла после термической обработки (об жига) приближается к нерастворимым стеклам. Протекающие процессы позволяют формировать весьма прочную макроструктуру изделий, соответствующую пеностеклу, но при меньших энергетических затратах. Использова ние высокомодульных жидкостекольных композиций, полученных с применением автоклавной обработки, от крывает широкие перспективы для термопеносиликатных материалов.

СЕКЦИЯ 18. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ ПОЛУЧЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАГНЕЗИАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ НА ОСНОВЕ ПРИРОДНОГО И ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ Ю.С. Копытова Научный руководитель доцент С.В. Эрдман Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия В настоящее время одним из главных направлений технического прогресса в промышленности строи тельных материалов стало более широкое использование попутно добываемого сырья и отходов промышленно сти. Техногенные и природные некондиционные магнийсодержащие отходы в больших количествах накаплива ются на горно-обогатительных комбинатах, предприятиях огнеупорного, металлургического производства, полу чения солей магния. Вследствие этого высокомагнезиальное и магнезиальносиликатное сырье исчисляется сот нями тысяч тонн, и количество его продолжает увеличиваться, что ведет к загрязнению окружающей среды и осложнению экологической обстановки в целом.

Особую актуальность приобретает вопрос разработки композиционных магнезиальных вяжущих мате риалов с вовлечением в производство как местных техногенных, так и природных силикатов магния.

Разработка составов и технологии композиционных магнезиальных вяжущих на основе силикатов маг ния способствует решению проблемы получения качественных вяжущих и расширению номенклатуры строи тельных материалов, и вместе с этим улучшению экологической обстановки в регионах Российской Федерации.

В работе исследована возможность использования серпентинитового сырья в производстве магнезиаль ных материалов для получения декоративно - отделочной плитки и пенобетона.

В качестве объекта исследования были выбраны порошок магнезиальный каустический, каустический магнезит и серпентинитовые отходы обогащения Тейского железорудного месторождения – серпентинит, хими ческий состав которого приведен в табл. 1.

Таблица Химический состав и потери массы серпентинита Порода Содержание оксидов, масс. % К2O mпрк SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Серпентинит 30,75 7,64 11,32 14,28 14,23 0,30 16, Кристаллический магнезит представляет собой минерал, характеризующийся четким кристаллическим строением и напоминающий по виду доломит или крупнозернистый мрамор. Он имеет стеклянный блеск, цвет белый, серый, а иногда желтый и даже коричневый в зависимости от примесей. Аморфный магнезит имеет вид фарфоровой массы, цвет его обычно белый, но встречаются и другие цвета в зависимости от примесей. Твер дость магнезита по шкале Мооса, колеблется в пределах от 3,5 до 4,5. Плотность кристаллического и аморфного магнезита 2900—3100 кг/м.[3] Классические магнезиальные вяжущие каустические магнезит (КМ) и порошок магнезиальный кау стический (ПМК-75), обладают рядом несомненных достоинств, таких как высокая механическая прочность, нейтральный химический состав продуктов твердения, возможность использования различных видов заполните лей. Основные недостатки низкая водостойкость и усадочные явления при твердении.[4] Серпентинит – метаморфическая порода белого, желтоватого, зеленого или темно-буро-зеленого цвета, характеризующаяся слоистой структурой с открытым двухслойным пакетом слоев. Кристаллы серпентинита имеют волокнистую и игольчатую форму.[1] В естественном состоянии при нормальных условиях серпентинит не проявляет вяжущих свойств, по сле помола в шаровой или планетарной мельнице до удельной поверхности 4000-7000 см/г серпентинит прояв ляет незначительную гидратационную активность. Заметное увеличение предела прочности при сжатии образцов наблюдается при затворении их гидроксидами, хлоридами или сульфатами магния и кальция.

Серпентинит предварительно измельчался, затем смешивался с каустическим магнезитом и порошком магнезиальным каустическим в соотношениях от 50 до 70%. Образцы для испытаний изготовлялись в форме кубиков размером 20х20х20 мм.

Гидравлическая активность серпентинита была определена по ГОСТ 25094-82 (количество поглощае мого реагента, мг/г исследуемой породы) и по методу М.И. Стрелкова [2]. Результаты приведены в табл. 2.

Таблица Гидравлическая активность серпентинита Порода Гидравлическая активность, мг/г добавки По методу М.И. Стрел По ГОСТ 25094-82 По поглощению из раствора кова Серпентинит Ca(OH)2 CaCl2 Mg(OH)2 MgCl2 CaSO4 MgSO 90 89 93 93 350 По гидравлической активности серпентинит можно отнести к активным.

В зависимости от количества вводимого компонента определялись основные физико-механические свойства разработанных материалов: сроки схватывания;

предел прочности при сжатии;

водопоглощение;

объ емная масса, коэффициент водостойкости.

ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР Состав и свойства смешанных магнезиальных вяжущих материалов (табл. 3,4) свидетельствуют о том, что они характеризуются высокой механической прочностью, стандартными сроками схватывания. Материал обладает высокой водостойкостью.

Таблица Физико–механические свойства смешанных магнезиальных вяжущих материалов на основе магнезиального каустического порошка (ПМК-75) Пластичное тесто Образцы-изделия Вяжущее Соотношение Сроки схватыва- Предел проч Нормальная Коэффициент компонентов ния, мин ности при сжа густота, % водостойкости тии, МПа начало конец 50:50 60 95 210 4,1 1, Серпентинит 60:40 58 170 240 4,0 1, ПМК-75-MgCl 70:30 56 175 260 3,5 1, Серпентинит- 50:50 60 110 210 3,5 1, ПМК-75- 60:40 58 185 235 3,4 1, MgSO4 70:30 56 180 230 3,3 1, Таблица Физико–механические свойства смешанных магнезиальных вяжущих материалов на основе каустического магнезита (КМ) Пластичное тесто Образцы-изделия Вяжущее Соотношение Сроки схватывания, Предел проч Нормальная Коэффициент компонентов мин ности при густота, % водостойкости сжатии, МПа начало конец 50:50 60 170 250 3,1 1, Серпентинит 60:40 58 195 255 3,8 1, КМ- MgCl 70:30 56 185 250 3,3 0, 50:50 60 120 210 3,0 1, Серпентинит 60:40 58 180 210 3,4 1, КМ-MgSO 70:30 56 130 200 3,3 1, Анализируя табл. 3 и 4 можно сделать вывод, что наилучшими строительно-техническими свойствами обладает образец состава серпентинит ПМК-75 MgCl2 60:40.

Прочность вяжущих, затворенных сульфатом магния, ниже прочности вяжущих, затворенных хлоридом магния, однако, коэффициент водостойкости их выше, сроки схватывания и водопоглощения гораздо меньше.

Рекомендуется магнезиальные вяжущие, затворенные сульфатом магния применять при повышенной влажности.

Результаты проведенных исследований свидетельствуют о целесообразности использования серпенти нита в производстве смешанных магнезиальных вяжущих материалов.

Литература Брэгг У.Л. Кристаллическая структура минералов. – М.: Мир, 1967. – 390 с.

1.

Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Практикум по химической технологии вяжущих материалов. – М.: Высшая Школа, 2.

1973.

Вайвад А.Я. Магнезиальные вяжущие вещества. — Рига, 1972. — 310 с.

3.

Горшков В.С. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. – М.: Высшая школа. 1981. – 334с 4.

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ПЕНОСТЕКОЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Н.А. Кузнецова Научный руководитель доцент О. В Казьмина Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия Пористые неорганические материалы типа пеностекла, керамзита, вспученного перлита или вермикули та широко используются в различных строительных конструкциях, в качестве теплоизоляционных блоков, за сыпки, добавок и наполнителей в композиционных материалах. Одним из важных эксплуатационных свойств пористого материала, определяющим основную область его применения, является механическая прочность. Дан ный показатель связан со структурой материала, включая размер пор и межпоровой перегородки, плотностью и определяется составом исходной шихты и температурным режимом обработки [1].

Цель работы – сравнительный анализ механических свойств пеностекольных материалов двух типов:

пеностеклокристаллических материалов, полученных на основе золошлаковых отходов ГРЭС г. Томска, а также образцов пеностекла на основе стеклобоя, полученных в промышленных и лабораторных условиях. Для анализа механических свойств и определения временного сопротивления пеноматериалов испытания проводились на СЕКЦИЯ 18. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ универсальной испытательной машине типа «Инстрон 1185». Образцы в виде кубиков испытывали на сжатие до полного разрушения с записью диаграммы деформации (рис. 1).

Установлено, что предел прочности при сжатии образцов пеностеклокристаллического материала зна чительно выше (в 2 – 3 раза) по сравнению с пеностеклом. Такое значительное различие можно объяснить струк турой и составом материала, включая размер пор и межпоровой перегородки. Для исследованных образцов уста новлена зависимость напряжения разрушения от среднего размера пор и толщины межпоровой перегородки, являющаяся линейной. При нагрузке ячеистых изделий давление передается по стенкам пор, образующих своды.

Поэтому в структуре линейно нагруженного материала всегда имеется объемное напряженное состояние. Из вестно, что при больших размерах свода возникают большие напряжения. Размеры же сводов в структуре ячеи стых материалов находятся в прямой зависимоти с величиной пор. Отсюда вытекает вывод, что большей прочно стью при равных условиях обладают ячеистые изделия с порами меньших размеров.

Между относительной плотностью изделия ячеистой структуры, формой пор и толщиной перегородки существует общая зависимость, согласно которой коэффициент структуры поры определяется по формуле [2]:

b К (1 ) (1 ) d o При получении материала с наименьшей плотностью необходимо стремиться к структуре, состоящей из ячеек в форме многогранников, что соответствует коэффициенту структуры равному 1. Установлено, что поры образцов пеностеклокристаллических материалов имеют структуру близкую к гексагональной, со средним раз мером ячейки менее 1,5 мм и размером перегородки около 50 мкм.

пеностеклокристаллический материал пеностекло промышленное (немецкое) пеностекло лабораторное, МПа 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, Рис. 1 Кривые испытания на сжатие пеностекольных материалов С целью сравнительного анализа структуры перегородки пеностекла и образцов пеностеклокристалли ческого материала, полученного из стеклокристаллического материала с содержанием остаточной кристалличе ской фазы в пределах 19 – 22 масс. %, проведены рентгенофазовые и оптические исследования. На электронно микроскопических снимках межпоровой перегородки пеностеклокристаллического материала установлено при сутствие сферических элементов размерами от 60 до 160 нм. Такие структурные элементы не обнаруживаются в межпоровых перегородках пеностекла. Образование сфероидов можно объяснить растворением кварца в стекло видной матрице в процессе вспенивания пенообразующей шихты на основе стеклогранулята, содержащего кри сталлический кварц, что подтверждается рентгеновским анализом. Регистрация дифракционных спектров кварца (d = 0,334 нм), которая велась в ходе нагрева образца стеклогранулята с использованием высокотемпера турной камеры в области от 500 до 1000 °С, показала, что интенсивность дифракционных максимумов изменяет ся нелинейно и проходя через максимум при 630 °С плавно уменьшается, что свидетельствует об уменьшении доли кристаллической фазы.

Проведенный анализ содержания кремния в межпоровой перегородке с помощью энергодисперсионно го микроанализатора (рис. 2) показал, что вблизи стенок межпоровой перегородки концентрация кремния наи большая, а в центре минимальная. Такая большая концентрация кремния должна приводить к образованию кри сталлических включений в пограничном слое межпоровой перегородки. Наличие кристаллической фазы способ ствует упрочнению межпоровых стенок, а в центре – уменьшению.

ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР Si, мас.% 1 2 3 4 Номера точек измерения концентрации кремния Рис. 2 Распределение содержания кремния в межпоровой перегородке пеностекольного мате риала Получение пеностекольных материалов является весьма сложным процессом, протекание которого свя зано с многими технологическими параметрами, а так же с фазовым составом. Влияние на физико–механические характеристики пеностекольных материалов оказывают очень многие факторы: химический состав исходных шихт, фазовый состав пенообразующих шихт, вводимый газообразователь, температурно – временной режим и т.д. Для получения пеностекольных материалов небольшой плотности и достаточной прочности необходимо учитывать опытным путм и подбирать все эти факторы.

По результатам изучения процесса разрушения образцов пеностекольных материалов на основе золош лаковых отходов, установлено, что механизм разрушения пеностекольных образцов описывается моделями де формации квазивязкого (аморфного) тела. Значение прочности пеностеклокристаллического материала на основе золошлаковых отходов составило 4.3 – 4.5 МПа. Повышенные прочностные показатели позволяют расширить область применения данных материалов.

Литература Демидович Д.К. Производство и применение пеностекла. – М: Промстройиздат, 1953. – 80 с.

1.

Казьмина О.В. Влияние компонентного состава и окислительно-восстановительных характеристик шихт 2.

на процессы вспенивания пиропластичных силикатных масс // Стекло и керамика. – 2010. – № 4. – С. 13 – 17.

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ДОМЕННЫХ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ШЛАКОВ И.В. Лозовская, В.А. Кутугин Научный руководитель профессор В.А. Лотов Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия Доменные гранулированные шлаки – это побочные продукты, образующиеся в результате сплавления железной руды и флюсующей добавки. Руды, применяемые для выплавки чугуна, содержат кварциты и для сни жения температуры их плавления вводят флюсующие добавки, содержащие известняк или доломит. Расплавлен ный шлак с температурой 1450-1500 °С подвергают резкому охлаждению при грануляции, с использованием воды, воздуха или пара. Использование доменных гранулированных шлаков для нужд строительства позволяет увеличить объем выпуска многих строительных материалов, при значительном снижении их стоимости. Такой шлак используется при производстве шлакопортландцемента и шлакощелочных вяжущих.

Технология получения шлакощелочных вяжущих (ШЩВ), представляет большой интерес в связи с воз росшей актуальностью экономии энергетических ресурсов, проблемами экологического характера и острой по требностью в эффективных строительных материалах. Изделия на основе шлака, обладают не только высокими прочностными характеристиками, но и эксплуатационными, такими как: жаростойкость, морозостойкость, водо стойкость, водонепроницаемость, стойкость в агрессивных средах с повышенным содержанием углекислого или сернистого газов. Шлакощелочной цемент (ШЩЦ) не уступает по свойствам портландцементу, а иногда, по дан ным различных исследований, значительно превышает их [1,2].

Большинство исследователей, при изготовлении изделий на основе ШЩЦ, предлагают использовать использовать в качестве жидкостей затворения растворы гидрооксида и карбоната натрия, жидкого стекла. Такая технология сдерживает широкое развитие и применение шлакощелочных вяжущих.

Основной целью настоящей работы является разработка технологии получения ШЩЦ в виде сухой смеси на основе молотого доменного гранулированного шлака, которая затворялась бы водой. Такая смесь очень удобна в применении и может быть использована в промышленном и гражданском строительстве при приготов лении строительных растворов и бетонов.

СЕКЦИЯ 18. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ Для исследования возможности получения ШЩЦ использовался шлак Новокузнецкого металлургиче ского комбината. Химический состав шлака представлен табл. 1. В качестве технологических добавок использо вали дешевые и распространенные продукты промышленной химии.

Таблица Химический состав доменного гранулированного шлака Содержание оксидов, масс. % Модуль основности SiO2 CaO Al2O3 MgO Fe2O3 TiO2 K2O 34,29 13,9 37,7 11,41 0,71 2,11 0,71 0, В процессе эксперимента было исследовано 17 составов. В рецептуре варьировалось соотношение шла ка и добавок. Исследовалась кинетика набора прочности в воздушно-влажной среде на 3, 7, 14 и 28 сут. Кроме того, часть составов пропаривали для определения влияния гидротермальной обработки на прочность цементно го камня. На пропаренных образцах прочность определяли сразу после пропарки и после 28 суток хранения в воздушно-влажных условиях. Часть результатов представлена в табл. Таблица Результаты экспериментальных исследований Прочность при сжатии Прочность при сжатии Содержание компонентов, % масс.

Номер на 28 сут., МПа после пропаривания, МПа состава Шлак Добавка 1 Добавка 2 1сутки 28сутки 1 92 8 - 37 30 26, 2 92 6,4 1,6 55,3 25,5 57, 3 92 4,8 3,2 43,5 25 4 92 3,2 4,8 33,5 28 5 92 1,6 6,4 34,5 16 22, 6 92 - 8 13 18 Для определения термической стойкости образцов проводились испытания по двум методикам. Первая методика заключается плавном нагреве образцов. Образцы после 28 – суточного твердения в количестве 15 штук помещались в печь и постепенно нагревались до температуры 100, 200, 300, 400, 600 и 700 °С. Далее они извле кались, остывали на воздухе и испытывались на прочность по три образца на каждую температуру. Отмечено, что при повышении температуры прочность изменяется в пределах ±10%.

По второй методике испытания проводили следующим образом: образцы помещались в шахтную печь, предварительно нагретую до температуры 700 °С, где выдерживались до прогрева, после чего образцы подверга лись резкому охлаждению на воздухе. После десяти циклических испытаний снижение прочности составило менее 25%.

По результатам проведенных исследований можно сделать вывод о то, что образцы выдерживают рез кие теплосмены без значительного снижения прочности. Таким образом, изделия на основе данных цементов могут эксплуатироваться в условиях циклических температурных нагрузок, что дает существенные преимуще ства по сравнению с портландцементом.

Рис. Технологическая схема получения ШЩЦ 1 – склад;

2 – сушильный барабан;

3, 4, 5 – расходные бункера;

6 – дозаторы;

7 – мельница;

8 – склад готового продукта ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР В результате проведенных исследований разработана технологическая схема, представленная на рис. В общем виде процесс получения шлакощелочного цемента на основе доменного шлака состоит из нескольких непрерывных стадий, связанных между собой. Доменный гранулированный шлак подсушивается в сушильном барабане, после чего загружается в бункер. Из расходных бункеров высушенный шлак, и добавки-активаторы, проходят через систему дозирования и поступают в шаровую мельницу, где осуществляется совместный помол и смешение. Готовый продукт, с удельной поверхностью более 300 м/кг, поступает в силоса хранения, из которых отгружается потребителю. Полученная однородная тонкомолотая смесь шлака и технологических добавок пред ставляет собой готовый продукт – минеральное вяжущее с высокими характеристиками.

Преимущества данной технологической схемы заключаются в том, что получаемый сухой продукт, за творяется водой, а не специальными химическим растворами, что позволяет широко использовать такой цемент для ремонтных и строительных работ.

Для оценки себестоимости шлакощелочного цемента были проведены расчеты для организации произ водства в Томской области. При рентабельности 50% рыночная стоимость такого цемента составляет 2750 руб.

Средний расход цемента марки ПЦ400 для получения бетона М300 составляет 400 кг/м, стоимость 1 тонны это го цемента составляет 3650р. При замене портландцемента на ШЩЦ экономия с каждого кубометра бетона со ставит 360 руб. Средняя производительность небольшого ЖБК составляет 20000м бетона в год, и таким обра зом, годовая экономия может составить до 3 млн. руб.

Проведенными исследованиями установлено, что шлакощелочной цемент, получаемый в сухом виде, имеет большие перспективы. Производство такого продукта может быть организовано при низких капиталовло жениях, а производимый цемент может удовлетворить часть потребности местных заводов ЖБК в вяжущем.

Литература Волженский А.В. Минеральные вяжущие вяжущие, - М.: Стройиздат., 1986. – 464с.

1.

Глуховский В.Д., Пахомов В.А. Шлакощелочные цементы и бетона. – Киев: Будiвельник, 1978. – 184 с.

2.

КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ТЕРМОСТОЙКИХ ОТЛИВОК Д.Д. Лубяной, И.Н. Лосев, С.В. Лубяная Научный руководитель доцент Д.А. Лубяной Новокузнецкий филиал Томского политехнического университета, г. Новокузнецк, Россия На ОАО «ЗСМК» разработана и внедрена комплексная технология получения чугуна с использованием руд, содержащих в своем составе титан и ванадий [1]. Анализ рудной базы, используемой для производства чу гуна, показал, что основные компоненты шихты, используемой для доменной плавки, содержат титан и ванадий (табл. 1).

Таблица Содержание окислов титана и ванадия в компонентах шихты Содержание элементов, % Наименование шихты Fe P TiO2 V2O Михайловский Менее 0,1 Менее 0, 65,25 0, концентрат Ковдорский 63,57 0,054 1,04 0, концентрат Мундыбашский Менее 0, 57,85 0,053 0, концентрат Абагурский Менее 0, 59,89 0,025 0, концентрат Лебединский Менее 0,1 Менее 0, 66,31 0, концентрат Красно-каменский Менее 0, 60,9 0,039 0, концентрат Качканарские 60,11 0,005 2,66 0, окатыши Михайловские Менее 0,1 Менее 0, 63,16 0, окатыши Карельские Менее 0,1 Менее 0, 65,63 0, окатыши Окислы титана и ванадия восстанавливаются в процессе доменной плавки и переходят в чугун. Титан и ванадий, попадающие в чугун с шихтовыми материалами, микролегируют чугун, способствуя нейтрализации вредного влияния фосфора в термостойких чугунах. Наиболее сильно на содержание в чугуне титана и ванадия СЕКЦИЯ 18. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ сказывается присадка в шихту качканарских окатышей. С целью получения в чугуне заданного содержания этих элементов, была разработана технология с использованием качканарских окатышей в количестве 7 – 10%.Данное содержание этого компонента в шихте обеспечивает получение в чугуне 0,07-0,12 % содержания ванадия. При меньшем содержании в шихте качканарских окатышей с целью повышения в чугуне заданного содержания ва надия необходима дополнительная присадка окатышей за 10 – 11 часов до выпуска. При этом суммарное содер жание окатышей в шихте должно быть 10 – 15%. После выплавки чугуна с заданным содержанием ванадия, до менный чугун отправляется в цех изложниц для легирования ферросплавами и отливки изложниц. Легирование ферросплавами производится с учетом исходного содержания ванадия в чугуне. Учитывая, что ванадий влияет на структуру чугуна аналогично марганцу с коэффициентом 3, то и легирование чугуна марганцем производит ся, исходя из исходного содержания в чугуне ванадия. При содержании ванадия в чугуне 0,02-0,05%, макси мальное содержание марганца необходимо выдерживать в пределах 1,14-1,05%, а при содержании ванадия 0,06 0,08% содержание марганца должно быть менее 1,02-0,96% (табл. 2).С увеличением содержания марганца воз растает количество междендритного графита и цементитной составляющей в структуре чугуна. Цементит при этом располагается в виде хрупкой сетки по границам зерен, что приводит к трещинообразованию и преждевре менному выходу изделий из строя из-за трещин. Повысить эксплуатационную стойкость позволяет легирование чугуна фосфором и продувка чугуна азотом.

Таблица Верхний предел содержания марганца в чугуне в зависимости от содержания ванадия Содержание 0,05 0,08 0,11 0,14 0,17 0, ванадия в чугуне,% Эквивалент к марганцу,% 0,15 0,24 0,33 0,42 0,51 0, Верхний предел содержа 1,05 0,96 0,87 0,78 0,69 0, ния марганца в чугуне,% Легирование чугуна ферросплавами производится двумя – тремя переливами из ковша в ковш. После чего осуществляется продувка чугуна азотом методом резонансно – пульсирующего рафинирования. В процессе продувки чугуна образуется значительное количество карбонитридов и оксидов титана и ванадия, которые уда ляются с пузырьками азота в шлак. При этом содержание ванадия в чугуне несколько сокращается. Значительное окисление ванадия объясняется тем, что в техническом азоте, используемом для продувки металла, содержится до 2% кислорода. Образующиеся при продувке карбонитриды ванадия служат подложками для образования гра фита, что способствует получению благоприятной структуры чугуна. После продувки чугун заливают в формы изложниц. Оставшийся после продувки ванадий значительно влияет на микроструктуру чугуна. Он способствует образованию перлита в чугуне, значительно влияет на твердость и прочность, легирует фосфидную эвтектику и, тем самым, повышает термостойкость изложниц (рис.).

Влияние ванадия на стойкость изложниц Стойкость изложниц,наливы y = -15150x2 + 2118x + 4, 40 R = 0, 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0, Содержание вананадия в чугуне,% Рис. Зависимость термостойкости изложниц от содержания ванадия в чугуне Применение ванадиевого чугуна позволило повысить эксплуатационные показатели изделий и получить изложницы максимальной стойкости. Ввиду этого, ОАО «ЗСМК» значительно снизил расход изложниц на тонну стали. Изложницы, производимые на ЗСМК, вследствие этого, используются по всей России, а также отправля ются на экспорт. Кроме того, была отлита 42-х тонная изложница для отливки 70-ти тонных слитков для изго товления корпусов ядерных реакторов. После эксплуатации изложниц образуется чугунный лом, который явля ется отличной шихтой для выплавки чугуна в индукционных печах. При переплаве в индукционных печах вана дий и титан, содержащиеся в чугунном ломе, окисляются лишь частично, основная же часть остается в чугуне, тем самым повышая прочностные и эксплуатационные свойства изготовленных из него отливок. Так, из чугуна индукционной плавки получают поддоны для сквозных изложниц, прокатные валки, изложницы для разливки ферросплавов и алюминия, ванны и трубы.

ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР Литература Лубяной Д.А., Новиков Н.И. Эффективность современных способов повышения качества изделий из чугуна и 1.

развитие металлургических и машиностроительных предприятий в условиях конкуренции. – Новосибирск: Изд во ИЭОПП СО РАН, 2004. – 131 с.

ТЕХНОГЕННЫЕ ОТХОДЫ ДЛЯ ДОРОЖНОГО БЕТОНА М.В. Луханин, А.Н. Стеблюк ООО «Торгово-производственный дом «Авангард», г. Новокузнецк, Россия Проблема взаимодействия общества и природы становится одной из важнейших проблем, имеющих серьезное экологическое противоречие. Человечество потребляет огромное количество природных ресурсов и на порядок больше оставляет техногенных отходов. Поэтому проблема их утилизации стала наиболее актуальной.

Встал вопрос утилизации отходов производства асбесто-технических изделий, которые представляют собой микроволокна. Одним из направлений утилизации промышленных отходов является применение их в ка честве сырьевых компонентов в производстве строительных материалов, так как это экономически эффективно и экологически необходимо. Поэтому предложено использовать данные отходы в качестве дисперсноармирующих волокон в бетон с целью повышения его прочности, трещиностойкости, износостойкости, долговечности. Во локна асбеста по прочности на растяжение превосходят стальную проволоку;

при этом асбест, благодаря высо кой адсорбционной способности, хорошо сцепляется с твердеющим цементом.

Асбес – собирательное название группы тонковолокнистых минералов класса гидросиликатов, образо вавшихся из ультраосновных изверженных пород под действием гидротермальных вод. Геологи выделяют два главных минеральных типа асбеста - хризотиловый и амфиболовый, различающиеся составом, структурой и не которыми свойствами. По химическому составу асбестовые минералы являются водными силикатами магния, железа, кальция и натрия. Содержание воды в асбесте группы серпентина составляет 13-14.5 %, а в группе амфи болов (в зависимости от вида) 1.5 - 3%. Волокнистое строение наиболее ярко выражено у асбеста серпентиновой группы, куда относится только один вид асбеста - хризотил-асбест, поэтому он больше всего применяется в про мышленности. Хризотил-асбест – это тонковолокнистый белый или зеленовато-желтый минерал (3MgO2SiO22H2O) c шелковистым блеском, образующий прожилки, которые имеют поперечно-волокнистое строение с длиной волокон от долей миллиметра до 5–6 см (изредка до 16 см) толщиной менее 0,0001 мм. Ос новным свойством этого минерала является способность сминаться и распушаться в тонковолокнистую массу, подобную льняной или хлопковой. Хризотил-асбест – листовой силикат, состоящий из лежащих в одной плоско сти соединенных кремнеземных тетраэдров, покрытых слоем брусита. Кремнеземно-бруситовые пластины слегка изогнуты из-за структурного несовпадения, выражающегося в скручивании пластин и образования длинной по лой трубочки. Из таких трубочек и образуются составные пучки волокон хризотила. Химический состав хризо тила однороден в отличие от разновидностей амфибол-асбеста. Присутствие некоторого количество оксидов является результатом загрязнения при образовании минерала в скалистой породе. Некоторые из этих элементов могут входит в структуру, а так же могут присутствовать в качестве главных элементов небольших концентра ций отдельных разновидностей минерала, входящих в пучок волокон. Длинные эластичные и изогнутые волокна хризотила обычно сплетены в пучки с пушистыми концами. Такие пучки соединены водородными связями и\или каким-нибудь твердым веществом не входящим в состав волокна. Длина хризотиловых волокон, встречающихся в природе, колеблется от 1 до 20 мм, с отдельными экземплярами до 100 мм. Хризотил чрезвычайно чувствите лен к кислоте, хотя меньше подвержен воздействию гидроокиси натрия (едкого натра), чем любые амфибольные волокна.

Хризотил-асбест обладает высокой прочностью на разрыв по оси волокнистости. Наибольшую проч ность имеют волокна асбеста, осторожно отделнные от кускового асбеста. В зависимости от эластичности во локна различают три разновидности хризотил-асбеста: нормальную, полуломкую и ломкую. Такое деление ус ловно, так как в действительности не наблюдается резких переходов от одной разновидности к другой. Важная характеристика асбеста – модуль упругости. Средние значения модуля упругости хризотил-асбеста колеблются от 16104 до 21104 МПа. Совокупность уникальных свойств хризотил-асбеста таких как: способность расщеп ляться на тончайшие эластичные волокна, которые имеют высокую механическую прочность, несгораемость и теплостойкость, высокий коэффициент трения, низкую проводимость тепла, электрического тока и звука, атмо сферостойкость, щелочеустойчивость и стойкость по отношению к морской воде, высокую адсорбирующую ак тивность и способность к образованию устойчивых композиций с различными вяжущими материалами. Это по зволяет использовать хризотил-асбест для изделий, которые можно применять практически во всех областях промышленности. В основном же его используют для производства асбестоцементных материалов для строи тельства, производства асботехнических изделий для автомобильной, авиационной, тракторной, химической, электрохимической отраслей промышленности, а также для судостроения, машиностроения, в оборонной про мышленности и ракетостроении. Количество видов изделий, вырабатываемых из асбеста в чистом виде или в композиции с другими материалами, составляет более трех тысяч наименований. Уникальность асбеста заключа ется не только в многообразии его применения, но и в полном отсутствии природных аналогов и искусственных заменителей, обладающих такими же качествами. Промышленное использование хризотил-асбеста экономиче ски выгодно ввиду его доступности, дешевизны и долговечности.

СЕКЦИЯ 18. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ Горную породу, содержащую асбест, добывают открытым способом и подвергают обогащению на асбе стовых фабриках для выделения хризотил-асбеста. Товарный хризотил-асбест состоит из смеси волокон различ ной длины и их агрегатов.

В Европе проводится антиасбестовая компания, но на сегодня доказано, что при низких концентрациях асбестовых волокон их действие принципиально не отличается от действия других видов минеральной пыли (цемента, кварца и т.п.) Необходимо отметить, что в воздухе над поверхностью земли содержится некоторое количество асбестовых волокон. Причина этого в том, что асбестосодержащая порода-серпентинит-широко рас пространена в природе. Хотя содержание асбеста в серпентините не велико, в результате его выветривания в атмосферу поступают асбестовые микроволокна. Этот естественный фон асбеста можно сравнить с естествен ным радиационным фоном. К таким фоновым дозам человек адаптировался. Мониторинг людей, никогда не имевших контакта с асбестом, показал, что в их легочной ткани всегда обнаруживаются в заметном количестве волокна асбеста. Это указывает на то, что существует пороговая доза содержания асбеста в воздухе, ниже кото рой он абсолютно безвреден. Применение асбестовых волокон в качестве добавки именно в дорожный и аэро дромный бетон полностью исключает какие-либо негативные воздействия на организм человека.

Правительство РФ постановило к 2014 году провести полную реконструкцию дорожных покрытий в стране. Бетон для дорожного строительства должен обладать высокими показателями по прочности на сжатие и растяжение при изгибе, трещиностойкости, стоек против истирания. Для обеспечения требуемых характеристик целесообразно использовать фибробетон. В качестве фибр обычно используют стальную проволоку, стеклянные, базальтовые, полипропиленовые волокна, но практика показала, что их применение либо дорого (стальные фиб ры), либо не эффективно (стеклянные, базальтовые фибры).

Проведены исследования бетона, модифицированного асбестовыми микроволокнами. В качестве сырь евых материалов использовались: ПЦ 400-Д0 производства ООО «Стройгазцемент», Алтайский край с. Галуха, активностью 41,17 МПа;

песок из отсевов от дробления, поставщик ООО «Бийский речной порт», Алтайский край, г. Бийск. Песок соответствует группе крупных песков 2 класса;

щебень из гравия и валунов производства ОАО «Бийский ГПК» фракции 5…20 мм, насыпной плотности 1,44 м/т;

отходы от производства Барнаульского завода асбесто-технических изделий, в виде гибких микроволокон различной длины (1…5 мкм), влажностью 2%. Химический состав и свойства асбестовых волокон приведены в табл. 1 и 2.

Таблица Химический состав асбестовых волокон SiO2 Al2O3 Cr2O3 FeO Fe2O3 MgO MnO CaO NiO Na2O K2O H2O + H2O 42.80 0.45 0.01 0.09 0.30 41.00 0.27 0.40 0.24 0.08 0.05 13.3 1. Таблица Свойства асбестовых волокон Удлинение Насыпная плот- Прочность на рас- Модуль упру Наименование Марка при разрыве, ность кг/м3 тяжение, МПа гости, МПа % Асбестовое волокно А-6К-30 450 2 800 70 000 0, (ГОСТ 12871-93) За основу для исследований был взят состав бетона марки 300. Формовались образцы двух видов: пер вый – без содержания асбестовых волокон, во второй вводили асбестовое волокно в количестве 2 % от массы цемента (табл. 3). Образцы формовались в формах размером 150х150х600, уплотнение бетонной смеси произво дилось на лабораторной виброплощадке, термообработка образцов – в лабораторной камере по режиму:

(3,5+5,5+2) при температуре изотермической выдержки 80-85 °С. Образцы после пропарки выдерживались в камере нормального твердения 28 дней. Затем образцы испытывались. Средние результаты испытания образцов приведены в табл. 4.


Таблица Состав бетона Расход материалов на 1 м3 бетона, кг Марка бетона Цемент Песок Щебень Вода, л Асбестовое ПЦ 400 Мкр. 2 Фр. 5…20 волокно, кг М 300 410 680 1160 170 8, Таблица Результаты испытаний Прочность Прочность на Песок фр. Щебень фр. Асбестовое № состава ПЦ 400, кг на сжатие, растяжение при 0…5, кг 5…20, кг волокно, кг МПа изгибе, МПа 1 410 680 1160 - 35 2 410 680 1160 8,2 38 4, ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР Испытания показали, что состав с содержанием асбестовых волокон, добавляемых в бетонную матрицу для осуществления объемного армирования, имеет увеличение прочности как на растяжение при изгибе (увели чение до 20%), так и на сжатие (увеличение до 10%). Применение асбестовых волокон позволило уменьшить количество микро- и макротрещин в бетоне на 80-90% по сравнению с бетоном без содержания волокнистой добавки. Определяя трещины на начальной стадии их появления, асбестовое волокно препятствует их распро странению. Асбестовые микроволокна хорошо диспергируются в бетонной смеси, не происходит их комкование при перемешивании. Несмотря на то, что при введении волокна в бетонную смесь осадка конуса несколько уменьшается, удобоукладываемость смеси возрастает, так как увеличивается эластичность, пластичность и гомо генность смеси. Следовательно, после введения волокна не требуется добавления воды затворения для увеличе ния осадки конуса.

Наиболее целесообразно использовать такой бетон в дорожном строительстве и строительстве взлетно посадочных полос, так как он должен обладать ровной поверхностью, меньшим количеством стыков и швов, устойчивостью к образованию ям и рытвин, а так же микротрещин, воспринимать многократно-повторяющиеся нагрузки, что повышает безопасность взлетов и посадок, снижает износ деталей шасси самолетов.

Следовательно, можно сделать вывод, что введение в бетонную смесь асбестовых волокон позволяет решить две проблемы, во-первых, решить вопрос утилизации этих отходов, во-вторых, улучшить прочностные показатели бетона.

ЭФФЕКТИВНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ КВАРЦЕВЫХ ПОРОД А.В. Лядвин Научный руководитель доцент А.В. Шамшуров Белгородский государственный технологический университет имени В.Г. Шухова, г. Белгород, Россия Более актуальной на сегодняшний день становится задача расширения сырьевой базы промышленности строительных материалов за счет применения недорогого недефицитного сырья, вторичных продуктов и попутно добываемых пород, таких как: кварцевый песок, отходы дробления кварцитопесчанника, мокрой магнитной се парации (ММС) и отходов электросталеплавильных цехов Оскольского электрометаллургического комбината (ЭСПЦ ОЭМК) [1,2].

Кварцевые породы являются одними из наиболее распространенных и применяемых сырьевых мате риалов в строительной индустрии. В тоже время долгие годы их использования в качестве основных и вспомога тельных сырьевых компонентов, в значительной степени истощили легко доступные месторождения в частности кварцевых песков и кварцитопесчанников. Данные породы имеют практически аналогичные минеральные соста вы, отличающиеся лишь, как правило, комбинацией их процентного соотношения. При изучении химического состава кварцевого песка и отсева дробления кварцитопесчанников, можно опосредованно говорить о содержа ние в них в качестве основных компонентов оксидов кварца, железа, алюминия и кальция.

Перспективными направлениями являются обжиговые и безобжиговые технологии получения материа лов на основе комплексного использования кварцевого сырья, а именно широко распространенных природных песков и отсева дробления метаморфических кварцевых пород. Предварительные исследования позволяют гово рить о возможности использования оксидов железа и алюминия при производстве безобжиговых и обжиговых эффективных строительных материалов с малой энергоемкостью [3]. Так оксиды алюминия и железа при добав лении к ним реакционно-активных компонентов способствуют образованию прочного контактного слоя (рис.1), что возможно использовать при получении эффективных безобжиговых и низкообжиговых материалов.

Рис.1 Микроструктура безобжиговых материалов в присутствие оксида алюминия В проводимых ранее исследованиях при получении низкообжиговых материалов, была установлена возможность использования в качестве корректирующих добавок:

СЕКЦИЯ 18. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ - песка различного фракционного состава для создания высокоплотной упаковки частиц. Песок подвер гался помолу в течение 0,5 и 1 часа. Были подобраны составы с высокоплотной упаковкой, превышающей дан ный показатель у контрольного состава, состоящего из немолотого песка. В качестве связующего применялась щелочи. Образцы подвергались обжигу в диапазоне температур 800-900 °С. Наиболее удовлетворительные ре зультаты по прочности, плотности и водопоглощению показывали образцы, содержащие в себе зерна из проб с различным гранулометрическим составом и с наибольшей плотностью упаковки в интервале температур 850- °С;

- тонкодисперсного железосодержащего отхода ЭСПЦ ОЭМК, который преимущественно состоит из оксидов железа. Были получены низкообжиговые материалы не уступающие по своим декоративным и физико механическим характеристикам аналогам [4]. Основными компонентами являлись отход дробления кварцито песчанников, как техногенный сырьевой материал не находящих широкого практического применения и кварце вый песок Нижнее-Ольшанского месторождения естественной крупности и молотый до Sуд – 240 м/кг.

Рис. 2 Микроструктура обжиговых материалов в присутствие железосодержащего отхода Так же в ходе исследований по синтезу образцов предназначенных в качестве конструкционных мате риалов, готовили смеси содержащие в своем составе до 95 % отсева дробления кварцитопесчанников. В качестве спекающей добавки применяли водный раствор щелочи, в качестве коректирующих – железосодержащий отход ММС и мел. Анализ полученных результатов свидетельствовал об эффективности использования отходов ММС, в количестве 5 20 % при температуре обжига 800 1100 С. Что позволило синтезировать композиты с показате лями плотности - 1900 2460 кг/м и прочности - 22 58 МПа. При этом водопоглощение составляло 0,5 14 %, что удовлетворяет требованиям, предъявляемым к стеновым конструкционным материалам.

Результаты проведенных исследований позволяют говорить об эффективности комплексного использо вания природного и техногенного сырья. Содержащиеся в исследуемом сырье оксиды железа и алюминия спо собствую получению более совершенной микроструктуры при производстве обжиговых и безобжиговых эффек тивных строительных материалов.

Литература Строкова В.В. Предпосылки использования техногенных песков КМА в производстве обжиговых строительных 1.

материалов // Наука и технология строительных материалов: состояние и перспективы развития: Материалы докладов Международной научно-технической конференции. – Минск, 2005. – С. 29 – 31.

Строкова В.В. Возможности использования техногенных пород горнорудной отрасли в производстве обжиго 2.

вых строительных материалов // "Топорковские чтения": Сборник докладов седьмой международной научной конференции. Рудный: Рудненский индустриальный институт, 2006. Т. 2. – С. 28 – 31.

Шамшуров А.В. Композиционные материалы на основе кварцитопесчанников // Научные исследования, нано 3.

системы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии: Сб. докл. Междунар.науч.-практич. конф. – Белгород, 2007. – Ч.1. – С. 316 – 318.

Шамшуров, А.В. Дорожно-строительные материалы на основе кварцевого сырья // Известия вузов. Строитель 4.

ство. – Новосибирск, 2004. – № 3. – С. 78–81.

ВЛИЯНИЕ ХЛОРАММОНИЙНОЙ ОБРАБОТКИ КАОЛИНА НА ВЫХОД МУЛЛИТА Л.Н. Малютин, А.А. Решетова Научный руководитель ассистент В.А.Борисов Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г.Томск, Россия Муллитсодержащий порошок является одним из важнейших компонентов для изготовления керамики и огнеупоров. Производство таких огнеупоров является ключевым для металлургической промышленности. Кера мика на основе муллита [3] обладает значительной коррозионной стойкостью в кислородсодержащих средах, в которых ведется обжиг руд и доменные процессы. Муллит получают из боксита, породообразующими минера лами которого являются гидраргиллит и каолинит.

ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР На сегодняшний день существуют несколько технологий получения муллита из каолинита или боксита [4], как-то: высокотемпературный обжиг, а также методы пламенного распыления, кристаллизации из газовой фазы, синтез муллита из расплава, электроплавление. Получение муллита первыми двумя методами основано на использовании в качестве сырья чистые оксиды кремния и алюминия, следовательно являются затратными. Но в то же время методы получения муллита, основанные на чистом сырье, являются безотходными и высокочисты ми. В промышленных масштабах муллит получают методом спекания и из расплава. Плавленый муллит состоит из кристаллов короткопризматической формы и значительно уступает по своим свойствам нитевидному мулли ту. На основе смеси из каолинитовой глины и глинозема в организовано производство синтетического муллито вого порошка. Увлажненное сырье тщательно смешивают и перерабатывают в шаровой мельнице. Массу обез воживают в фильтропрессах, коржи пропускают через вакуумный ленточный пресс. Выходящий брус разрезают на брикеты, которые после сушки обжигают во вращающейся печи при температуре около 1800 °С и охлаждают в барабанном холодильнике. При тепловой обработке происходит образование клинкера с кристаллами муллита размером 50—80 мкм. Конечный продукт содержит от 87,0 до 99,0 % муллита. Примеси представлены корундом и стеклофазой.


Выход муллита, необходимого для изготовления керамических изделий, как правило, составляет при близительно 40%. Данные способы получения муллита из каолинита являются экономически не выгодными, так как они являются очень энергозатратными, а также не предполагают регенерацию исходных реагентов в ходе технологического процесса.

Альтернативным способом получения муллита [2] является обжиг каолинита с хлоридом аммония, так называемая хлораммонийная технология. Данная технология описана в статье [1]. Она основана на том, что ис ходный каолинит спекается с NH4Cl, затем образовавшуюся массу подвергают водному выщелачиванию. В ходе выщелачивания в раствор переходят хлориды примесей, а также непрореагировавший хлорид аммония, который затем регенерируется и направляется на спекание с каолинитом. Осадок, содержащий муллит, после выщелачи вания представляет собой сырье для производства керамики.

Целью данной работы являлись исследования по увеличению выхода муллита в конечном продукте, а также определить оптимальный температурный режим процесса спекания каолинита и хлорида аммония, при котором выход муллита будет максимальным.

Для определения максимально возможного выхода муллита было проделано ряд опытов по спеканию каолинита с хлоридом аммония при различных температурах и времени спекания. Затем получившуюся массу подвергали водному выщелачиванию, раствор выпаривали для регенерации хлорида аммония, а осадок сушили, прокаливали и исследовали методом рентгенофазового анализа.

Для анализа результатов были сняты дифрактограммы продуктов, полученных при разных температу рах и времени спекания. При спекании каолина с NH4Cl при 300°С на протяжении 1 часа расшифровка дифрак тограммы (рис. 1а) показала, что в основном смесь содержит каолинит (d/n – 0,715;

0,438;

0,357;

0,318;

0,261;

0,245;

0,228;

0,224;

0,217;

0,205;

0,182;

0,176;

0,168 нм). При спекании каолина с хлоридом аммония при 700°С на протяжении 1 часа расшифровка дифрактограммы (рис. 1б) показала, что муллит не образуется, большая часть смеси представляет собой каолин.

Рис.1 Дифрактограмма спекания каолинита и хлорида аммония а – при 300°С;

б – 700 С – каолинит, – кварц, – дикит, – гидрослюда При обжиге каолинита с хлоридом аммония при 1400°С в течении 1 часа расшифровка дифрактограммы (рис. 2) показала, что образуется муллит, содержание которого составило 47%. Помимо муллита также образует ся в основном силлиманит, кристобаллит и кварц. В дальнейшем была проведена серия опытов при более высо ких температурах и времени спекания, равному 1 час, но выход муллита изменялся незначительно (до 50%).

На основании полученных данных была предложена блок-схема хлораммойной переработки каолинита (рис. 3). Каолинит смешивают с хлоридом аммония и помещают в нагретую до температуры 700 °С печь на минут. При реакции выделяются газообразные NH3, H2O и HCl, которые поглощают водой. Остаток после хло раммонийной обработки подвергают водному выщелачиванию и фильтруют. Остаток на фильтре представляет СЕКЦИЯ 18. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ Рис. 2. Дифрактограмма спекания каолинита с хлоридом аммония при 1400°С. – муллит, – силлима нит, – кварц, – кристобаллит Рис. 3 Блок-схема хлораммонийной способа переработки каолинита продукт обогащения каолинита, который после сушки используют как сырье для огнеупорной керамики. При формовании из полученного сырья изделий, с последующим обжигом при 1400 °С образуется муллитсодержа щая керамика с содержанием муллита 47 %. Фильтрат смешивается с водой, которой поглощали NH3 и HCl. По лучающуюся пульпу, содержащую хлорид аммония фильтруют. Фильтрат упаривают, регенерируя хлорид ам мония.

Из всего вышесказанного можно сделать следующие выводы:

1.При спекании каолинита и хлорида аммония образуется муллит;

оптимальной температурой процесса образования муллита из каолинита принято 1400 °С. Выход муллита при этом состаляет 47%.

2.Разработана блок-схема.хлораммонийного способа получения муллитсодержащего сырья из каолини та.

Литература Борисов В.А., Крайденко Р.И., Решетова А.А. Исследование возможности переработки железистых бокситов в 1.

высококачественное алюмосиликатное сырь и железосодержащий концентрат методом спекания с хлоридом аммония // Огнеупоры и техническая керамика. – 2010. - №9 – С. 47-51.

Патент №2314354 Россия Способ хлораммонийного обезжелезивания минерального сырья. Дьяченко А.Н.

2.

Крайденко Р.И.

Хлорирование глин и боксита // Магидсон И. А. (Цит. по РЖХ 19, ч.П 1982 г., № 13л61п).

3.

Перепелицын В.А., Кормина И.В., Карпец П.А. Вещественный состав и свойства огнеупорных бокситов // Но 4.

вые огнеупоры. – 2005. - №8 – С. 66-73.

ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР ПРОЦЕССЫ РАСТВОРЕНИЯ МАГНИЙСОДЕРЖАЩИХ ВЕЩЕСТВ В УГОЛЬНОЙ КИСЛОТЕ Л.А. Махныткина Научный руководитель профессор В.А. Лотов Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия Угольная кислота образуется при растворении в воде диоксида углерода по реакции:

СO2 + H2O CO2 H2O H2CO3 (1) Содержание угольной кислоты в растворе увеличивается при понижении температуры раствора и уве личении давления углекислого газа. Также угольная кислота образуется при взаимодействии е солей (карбона тов и гидрокарбонатов) с более сильной кислотой, но при этом большая часть образовавшейся угольной кислоты, как правило, разлагается на воду и диоксид углерода.

В данной работе изучались процессы растворения оксида магния в угольной кислоте с целью образова ния Mg(HCО3)2 – бикарбоната магния. Это соединение используется для получения гидравлических цементов на основе магнезиального вяжущего. При взаимодействии каустического магнезита с водным раствором бикарбона та магния образуется твердый цементный камень, продукты гидратации которого, не растворимы в воде.

В настоящее время основным способом образования угольной кислоты является процесс насыщения углекислым газом дистиллированной воды. При повышении давления реакция будет идти более интенсивно.

Установкой для такого процесса служит реактор, в котором при повышенных давлениях происходит процесс растворения СО2 в воде. Образованный таким способом водный раствор H2CO3, сливается в емкость и в даль нейшем используется как реагент для получения бикарбоната магния. Однако, при добавлении MgO к угольной кислоте происходит незначительное растворение оксида магния и в конечном счете концентрация Mg(HCО3)2 в водном растворе слишком мала.

Целью данной работы является получение водного раствора с высоким содержанием бикарбоната маг ния. Для этого была предложена методика искусственной карбонизации, механизм которой осуществляется в установке, показанной на рис. 1.

Рис. 1. Схема карбонизационной установки 1 - баллон СО, 2 - вентиль баллона, 3 - газовый редуктор, 4 - вентиль для подачи СО, 5 - водный рас твор, 6 - лопатка, 7 - карбонизатор, 8 – манометр, 9 – электропривод.

Перед началом синтеза бикарбоната магния в карбонизатор (7) помещаются исходные реагенты (дис тиллированная вода, активный MgО, соли магния и другие добавки). Далее аппарат герметично закрывается и подается СО2 из баллона (1) с помощью вентиля (2) через редуктор (3). Затем включается электродвигатель, ко торый производит перемешивание смеси (5) с помощью лопатки (6). После того, как достигнуто необходимое давление, фиксируемое манометром (8), подачу газа прекращают закрытием вентиля (4) и выдерживают переме шивание некоторое время. При завершении процесса, после остановки двигателя, прекращают подачу СО 2 и стравливают лишнее давление в карбонизаторе для извлечения полученного вещества – бикарбоната магния Mg(HCO3)2, образовавшегося следующим образом:

Взаимодействие оксида магния с водой и углекислым газом происходит по трем реакциям:

MgO + H2O Mg(OH)2 (2) MgO + CO2 MgCO3 (3) MgO + H2O + 2CO2 Mg(HCO3)2 (4) Образовавшиеся гидрооксид магния и карбонат магния также вступают в реакцию и образуют бикарбо нат магния по реакциям:

Mg(OH)2 + 2CO2 Mg(HCO3)2 (5) MgCO3 + H2O + CO2 Mg(HCO3)2 (6) Также одновременно с этими реакциями образуется угольная кислота по реакции (1), которая затем взаимодействует с MgO, в результате чего образуется вода и бикарбонат магния:

MgO + 2H2CO3 Mg(HCO3)2 + H2O (7) СЕКЦИЯ 18. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ Все реакции протекают более интенсивно при повышенных давлениях, а также в присутствии различ ных солей магния, калия и натрия [1]. Различные добавки, вносимые перед началом искусственной карбониза ции, могут повысить концентрацию конечного продукта в несколько раз. Это происходит за счет взаимодействия этих солей с веществами, образующимися в процессе карбонизации. Таким образом добавки выступают в роли катализаторов интенсивности образования бикарбоната магния, не образуя соединений с второстепенными про дуктами синтеза Mg(HCO3)2.

В ходе исследования процессов растворения магнийсодержащих веществ в угольной кислоте были по лучены затворители, составы которых приведены в таблице. Данные затворители, полученные по методике ис кусственной карбонизации, изучались для определения концентрации Mg(HCO3)2. Для этого водный раствор нагревали до полного испарения воды, после чего оставался нерастворимый осадок - карбонат магния. Далее производили пересчет на бикарбонат магния и определяли его концентрацию в растворе. Полученные данные сведены в табл.

Таблица Составы исходных реагентов для получения бикарбоната магния и давление процесса Состав исходных реагентов, Давление, Концентрация № МПа Mg(HCO3)2, г/л.

MgO, г. H2O, л. Добавки, г.

без добавок 1 20 4 6 7, 2 20 4 NaCl - 0,25 6 10, 3 20 4 NaCl - 1 6 8, MgSО4 - 0, 4 20 4 6 13, без добавок 5 50 5 9,5 13, 6 50 5 KHCO3 - 1 9,5 14, 7 50 5 Na2CO3 - 1 9,5 33, Из полученных данных можно сделать вывод, что введение добавок способствует увеличению концен трации бикарбоната магния в водном растворе. Основным фактором, интенсифицирующим процесс образования угольной кислоты и процессов растворения в ней промежуточных продуктов реакций искусственной карбониза ции, является давление газа в установке.

Литература Легостаева Н.В. Магнезиальное вяжущее. //Вестник ИрГТУ. – 2005. – № 4 (24). – С. 210 – 211.

1.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОСВЕТЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО ЧЕРЕПКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КИРПИЧА СВЕТЛЫХ ТОНОВ А.В. Митусова, Т.В. Колесова Научные руководители ассистент В.А. Кутугин, доцент А.Е.Абакумов Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия На сегодняшний день современный рынок строительных материалов предлагает большой выбор кера мического кирпича. Российский рынок предлагает покупателю керамический кирпич, представленный преиму щественно красно-коричневыми тонами, что связано с расположением на территории России месторождений легкоплавких железосодержащих глин, которые применяются в производстве керамического кирпича.

Дефицит керамического кирпича светлых тонов на российском рынке строительных материалов обу словлен истощаемостью и нехваткой месторождений светложгущихся глин, а также большей энергозатратно стью при обжиге. Поэтому керамический кирпич светлых тонов из красножгущихся глин является наиболее вос требованным материалом в современном строительстве.

Известные способы получения керамического кирпича, до настоящего времени не позволяли произво дить кирпич светлых тонов из красножгущихся глин с относительно большим содержанием железа. В данном случае необходим новый подход к существующим технологиям производства лицевого керамического кирпича, выражающийся в осветлении черепка и получении на его основе кирпича светлого оттенка. При этом технико эксплуатационные свойства изделий не должны ухудшаться и выходить за пределы ГОСТ.

В связи с этим, большой интерес представляет изучение влияния кальцийсодержащих соединений, ко торые в сочетании с красножгущимися глинами дают более светлый черепок изделия после обжига. В результате чего, возможно получение керамического кирпича с желтоватым оттенком или бежевого.

Для исследования процессов осветления керамического черепка кальцийсодержащими соединениями, в качестве глинистого сырья была использована глина Корниловского месторождения ТЗСМИ. Перед использова нием глина была предварительно измельчена и просеяна через сито 1мм. В качестве осветляющего компонента был выбран карбидный ил Томского завода «Ацетилен». Преимуществом данного выбора является возможность решить проблему утилизации карбидного ила, который является побочным продуктом производства ацетилена.

Карбидный ил представляет собой удобный материал для работы, т.к. не образует пыли и обладает однородной консистенцией.

ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР В состав образцов вводилось от 0 до 30 мас. % карбидного ила с шагом в 5%. Измельченная и просеян ная глина и карбидный ил, взятые в разных соотношениях для каждого состава, были тщательно перемешены в лабораторном высокоскоростном смесителе. В момент перемешивания в сухую смесь вводилась дистиллирован ная вода в количестве 12.5% от сухой смеси и смесь перемешивалась до равномерного распределения компонен тов.

Образцы формовались при помощи лабораторного пресса при давлении 19 МПа.

Для сравнительного анализа, по той же технологии были изгототовлены образцы, содержащие 20 мас.

% известняка. Это было сделано с целью исследовать различия в свойствах образцов, содержащих одинаковое количество известняка и карбидного ила.

Для улучшения спекаемости при обжиге, были сформованы образцы, содержащие 25 мас. % карбидного ила, в которые было добавлено 10 мас. % молотого стекла. Молотое стекло добавлялось в сухую смесь глины и карбидного ила сверх 100%. Также для сравнения были сделаны контрольные образцы, состоящие из глины и мас. % строительной извести.

Образцы каждого состава были обожжены в лабораторной печи при температурах в 1000, 1050 и 1100°С.

Изменение цветовой гаммы можно наглядно проследить на рис. 1.

Образцы А содержат в качестве осветляющего компонента карбидный ил с указанным массовым про центным содержанием. Образец Б содержит 25 мас. % извести, образец В – 20 мас. % известняка. В образец Г, для улучшения спекаемости при обжиге, кроме 25 мас. % карбидного ила было введено 10 мас. % молотого стек ла.

В ходе проведения исследований, пришли к выводу, что с увеличением процентного содержания кар бидного ила, керамический черепок приобретает более светлый оттенок. Исключения составляют образцы, со держащие 20 и 30 мас. % карбидного ила, они выпадают из этой закономерности, т.к. имеют более темный отте нок, чем образцы, содержащие 15 и 25 мас. % карбидного ила соответственно.

Рис.1 Изменение цветовых характеристик в зависимости от количества добавки По сравнению с известняком (добавка 20%), черепок на карбидном иле получается более светлый. Су щественным недостатком использования карбидного ила для осветления керамического черепка является труд ность смешения с глиной до однородного состояния в лабораторных условиях, что в некоторых случаях привело к разрушению образцов за счет гидратации свободного оксида кальция.

Добавление в образец молотого стекла, действительно улучшает его спекаемость и не существенно влияет на изменение оттенка керамического черепка.

Увеличение температуры обжига керамического черепка ведет к закономерному уменьшению водопо глощения (рис. 2) и изменению его оттенка от кирпично-красного к коричневому. Наиболее оптимальной являет ся температура обжига 1050 °С, поскольку она дает наиболее равномерную окраску и может быть достигнута в промышленных печах.

СЕКЦИЯ 18. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ Рис.2 Изменение водопоглощения в зависимости от количества добавки Полученные значения водопоглощения для образцов с содержанием добавки более 15% не удовлетво ряют требованиям ГОСТ, поэтому поиск спекающих добавок является предметом последующих исследований.

На основе этих результатов можно сделать вывод, что использование карбидного ила в качестве освет ляющего компонента для получения кирпича светлых тонов имеет перспективу, и считаем целесообразным про должение исследований в этой области.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СТРУКТУРЫ ПЕНОСТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ИХ СВОЙСТВА А.В. Мухортова Научный руководитель доцент О.В. Казьмина Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия К современным теплоизоляционным материалам часто предъявляются несовместимые требования по физико-химическим и теплофизическим свойствам, таким как: долговечность и пожаробезопасность, низкая плотность и высокая прочность, стабильность геометрических размеров и низкая теплопроводность и др. Одним из представителей данного класса материалов является пеностекло. Данный материал обладает вышеперечис ленным набором свойств и на сегодняшний день является наиболее эффективным, но не распространенным теп лоизоляционным материалом.

Более дешвым аналогом пеностекла является пеностеклокристаллический материал (ПСКМ) и пред ставляет собой аморфный материал с незначительным содержанием кристаллической фазы. Технология получе ния данного материала предполагает использование природного недефицитного и распространенного сырья, на основе которого получают промежуточный продукт – стеклогранулят, являющийся исходным сырьем для полу чения пеностеклокристаллических материалов теплоизоляционного назначения.

Структура пористого материала обусловлена с одной стороны размером пор и межпоровой перегород ки, а с другой – составом и свойствами аморфной составляющей перегородки. Таким образом, цель данной рабо ты – показать влияние отличительных особенностей фазового состава и структуры ПСКМ по сравнению с пено стеклом, получаемым по традиционной технологии, на его физико-механические свойства.

Исследование структуры образцов теплоизоляционного материала проводили с помощью таких методов как: ИК-спектроскопия, рентгенофазовый анализ, а также сканирующая электронная микроскопия высокого раз решения.

Для получения ПСКМ использовали стелогранулят, получаемый по низкотемпературной технологии и заменяющий собой стеклобой или специально сваренное стекло в традиционной технологии пеностекла. По фа зовому составу стеклогранулят представляет стекловидный продукт, с присутствующими в нем остаточными кристаллами, количество и размер которых определяют плотность и прочность готовых изделий. Расшифровка данных рентгенофазового анализа проводили с помощью программы «Crystallographica Search-Match», количест венное определение соотношения кристаллической и стекловидной фаз в материале с помощью графического редактора и анализатора дифрактограмм – программы «Renex». Установлено, что остаточная кристаллическая фаза представлена кварцем, ее количество изменяется для разных составов от 1 до 23 %, что объясняется различ ным температурным режимом обработки шихт и природой исходного компонента.

По данным высокотемпературного РФА установлено, что интенсивность дифракционных максимумов отражения, соответствующих кварцу (d – 3,35;

4,25 нм), с ростом температуры уменьшается, а для некоторых составов полностью исчезает, что соответствует переходу материала в аморфное состояние.

Таким образом, в процессе повторной термической обработки стеклогранулята на стадии вспенивания остаточный кварц может практически раствориться, что подтверждается данными РФА стеклогранулята и гото вого пеностеклокристаллического материала (рис. 1).



Pages:     | 1 |   ...   | 28 | 29 || 31 | 32 |   ...   | 43 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.