Повышение эффективности стеновых изделий путем использования модифицированного фосфогипса-дигидрата (стр. 3 )

Изменение водосодержания смеси от 500 до 700 л/м3 позволяет регулировать ее консистенцию по диаметру расплыва теста на вискозиметре Суттарда от 100 до 230 мм в зависимости от расхода КМД и технологических требований формования изделий. Увеличение содержания КМД с 30% до 40% в смеси приводит к повышению ее дисперсности, снижению подвижности и увеличению водопотребности на 50 л/м3 (рис. 6).

1

2

Рис. 6. Зависимость консистенции фосфогипсовой смеси от водосодержания: 1 – 30% КМД; 2 - 40% КМД.

Различные кремнеземистые компоненты, отличающиеся гидравлической активностью и удельной поверхностью, также оказывают существенное влияние на свойства фосфогипсового композита (табл.5).

Таблица 5

Влияние вида кремнеземистого компонента на физико-механические характеристики фосфогипсового композита

Состав, % ФГД:КМД	Вид добавки	Sуд, м2/кг	В/Т	Плотность кг/м3	Предел прочности на сжатие МПа в возрасте, сут.	Кр в возрасте 28 сут.
3	28
1	2	3	4	5	6	7	8
60:40	МКУ-85	2000÷2500	0,7	1300	12,1	15,1	0,78
МБ-50-10-С	1200÷1600	0,60	1340	10,2	13,6	0,79
Кремнегель	1800÷2200	0,65	1355	7,6	11,2	0,75
Трепел	300÷500	0,63	1280	6,6	9,8	0,72
Кек	900÷1100	0,66	1290	4,2	7,2	0,66

Наиболее эффективны МКУ-85 и МБ-10-50-С, но последний предпочтительнее, т. к. является готовым органоминеральным модификатором с пластификатором, обеспечивающим улучшенные технологические свойства смеси и физико-механические показатели композита.

Твердение в условиях относительной влажности среды 60÷70% сопровождается усадочными деформациями, составляющими 0,21÷0,23%. При относительной влажности воздуха 98% и при твердении в воде развиваются деформации набухания в пределах 0,03÷0,04% и 0,30÷0,32% соответственно.

Исследования поровой структуры образцов по кинетики их водонасыщения, показали, что образцы имеют меньший объем открытых капиллярных пор 19,8% и увеличенный объем условно-замкнутых пор 18,6% по сравнению с образцами из гипсового вяжущего марки Г-4 (соответственно 41,2 и 2,2 %). По показателю среднего размера пор фосфогипсовый композит характеризуется как среднепористый с λ2 = 1,6 (1 ≤ λ ≤ 3) с высокой однородностью пор по размерам α =0,62, тогда как поры гипсового камня в основном крупные λ2 = 4,5 при средней однородности α = 0,5. Такая структура пор фосфогипсового композита объясняет улучшенные его свойства по сравнению с гипсовым камнем.

Твердение фосфогипсового композита в течение 1 года при относительной влажности среды 60÷70%, 98% и в воде сопровождается стабильным ростом прочности во времени.

Фосфогипсовый композит выдерживает 50 циклов переменного замораживания и оттаивания и 40 циклов переменного водонасыщения и высушивания.

Изучены технологические факторы, влияющие на физико-механические свойства фосфогипсового композита: способы приготовления и активации сырьевой смеси, режимы тепловой обработки.

Сырьевая смесь фосфогипсового композита, состоящая из скомковавшегося фосфогипса-дигидрата с влажностью 18-26% и тонкодисперсного комплекса минеральных добавок, готовилась в смесителе принудительного действия, в бегунковой мешалке и в бегунах (рис. 7).

Рис. 7. Влияние способа приготовления формовочной смеси на прочность фосфогипсового композита: 1.- в смесителе принудительного действия; 2. - в бегунковой мешалке в течение 15 мин.; 3. - в бегунах в течение 10 мин. при подаче воды при загрузке смеси; 4. - в бегунах в течение 15 мин. при подаче воды при загрузке смеси; 5. - в бегунах в течение 10 мин. при подаче воды после перемешивания смеси с исходной влажностью компонентов; 6. - в бегунах в течение 15 мин. при подаче воды после перемешивания смеси с исходной влажностью компонентов.

Наиболее эффективна двухстадийная активация смеси в бегунах: сначала перемешивание ФГД в естественно влажном состоянии с КМД в течение 4÷5 мин., а затем добавление воды для получения требуемой консистенции формовочной массы и продолжение перемешивания еще 4÷5 мин.

Для получения однородной пластичной массы важен процесс перетирания смеси для распада агрегированных частиц и увеличения поверхности их взаимодействия с тонкодисперсными компонентами, что наиболее эффективно происходит в бегунах. Принцип их работы обеспечивает механохимическую активацию смеси переменно - направленным развитием усилий сдвига, сжатия и разрыва, что обеспечивает лучшее распределение компонентов смеси, способствуя более активному их взаимодействию между собою.

Структурообразование композита обусловлено процессами его твердения, как при обычных условиях, так и при тепловом воздействии.

Способы и режимы тепловой обработки исследованы с учетом специфических особенностей фосфогипсового композита:

- высокого водосодержания исходной формовочной смеси (40÷60%) и, следовательно, высокой начальной влажностью отформованных изделий;

- преобладающего содержания в композите дигидрата сульфата кальция (60÷70%), «чувствительного» к воздействию повышенных температур;

- необходимого сохранения минимальной влажности фосфогипсового композита для продолжения его гидравлического твердения.

Результатами исследований установлено, что низкотемпературная сушка образцов фосфогипсового композита при 600С (2+9+2ч) является оптимальной. Прочность образцов на сжатие через 1 сутки после тепловой обработки увеличивается в 2,6 раза с 3,5 до 9,2 МПа при снижении влажности с 47,8% до 17,2%. Через 28 суток твердения прочность увеличивается с 6,2 до 15,9 МПа.

Замена в КМД портландцемента на глиноземистый цемент позволяет отказаться от тепловой обработки и получить фосфогипсовый композит с прочностью 5,2 МПа через 1 сутки и 11,6 МПа через 28 суток твердения. Прочность на сжатие композита, подвергнутого тепловой обработки сушкой при 600С, составляет через 1 сутки 10,3 МПа, через 28 суток 19,4 МПа.

Разработана технология производства из фосфогипсового композита стеновых камней, отвечающих требованиям ГОСТ 6133 по плотности, прочности и морозостойкости и рекомендуемых к применению для несущих и ограждающих конструкций жилых, общественных, промышленных и сельскохозяйственных зданий, в основном при малоэтажном строительстве.

Разработан технологический регламент производства стеновых камней из фосфогипсового композита и проведено опытно-производственное опробование на базе предприятия . Выпущена опытная партия стеновых камней размером 390x190x188 мм, плотностью 1300÷1340 кг/м3 с влажностью 14÷17%, соответствующих марке по прочности М75.

Обоснованы технические, экономические и экологические факторы эффективности применения фосфогипсовых отходов для изготовления стеновых камней. Экономическая эффективность заключается, прежде всего, в замене при изготовлении стеновых камней вяжущего (ГВ, КГВ) на фосфогипсовую композицию, содержащую в своем составе 60÷80% дешевого фосфогипсового отхода, и возможности отказа от тепловой обработки при сохранении требуемых физико-механических показателей изделий. По стоимости сырьевых компонентов цена одного стенового камня из фосфогипсового композита ниже аналогов в 1,5÷1,8 раза, экономия составляет от 9,1 до 15 рублей.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Обоснована возможность повышения эффективности стеновых изделий путем механохимической активации во влажном состоянии композиции, состоящей из фосфогипса-дигидрата, извести, цемента, модификатора МБ-10-50-С, способствующей дезагрегации фосфогипса, нейтрализации примесей, повышению гомогенизации смеси, образованию гидросульфоалюминатов и гидросиликатов кальция и формированию структуры композита повышенной плотности, прочности и водостойкости.

2. Разработана технология получения строительных изделий на основе модифицированного фосфогипса-дигидрата, включающая механохимическую активацию сырьевой смеси, формование стеновых камней (вибрационным способом), низкотемпературную тепловую обработку сушкой при 600С или естественное твердение.

3. Разработаны составы сырьевой смеси, обеспечивающие повышенную прочность и водостойкость изделий на основе модифицированного фосфогипса-дигидрата и позволяющие получать с 30÷40% комплекса минеральных добавок, содержащего 10÷20% извести, 10% модификатора МБ-10-50-С, 10÷20% портландцемента, при низкотемпературной тепловой обработке, стеновые камни марок по прочности М50÷М125, с коэффициентом размягчения более 0,65.

4. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден состав комплекса минеральных добавок, состоящий из извести, кремнеземистого компонента и цемента.

5. Методом математического планирования эксперимента установлены зависимости прочности и коэффициента размягчения фосфогипсового композита от содержания извести и модификатора МБ-10-50-С, необходимые для оптимизации состава комплекса минеральных добавок.

6. Установлены зависимости удобоукладываемости, плотности, прочности на сжатие, коэффициента размягчения, морозостойкости, воздухостойкости от количества и состава комплекса минеральных добавок, вида кремнеземистого компонента, В/Т отношения смеси, режимов механохимической активации и тепловой обработки.

7. Исследованиями установлено, что усадка фосфогипсового композита составляет 0,21÷0,23%, набухание находится в пределах 0,3÷0,32%, при твердении фосфогипсового композита в течение 1 года в различных условиях сохраняется рост прочности на сжатие.

8. Исследованная поровая структура фосфогипсового композита характеризуется как среднепористая с высокой однородностью пор по размерам, объемом открытых капиллярных пор 19,8% и условно-замкнутых пор 18,6%, что способствует увеличению эксплуатационной надежности стеновых изделий.

9. Методами РФА, ДТА, РЭМ и оптическим методом установлен состав основных новообразований, представленных гидросиликатами, гидроалюминатами и гидросульфоалюминатами кальция, которые заполняют полости между кристаллами дигидрата сульфата вместе с ультрадисперсными кремнеземистыми частицами, увеличивают количество контактов между кристаллами, и повышают плотность, прочность и водостойкость фосфогипсового композита.

10. Замена в комплексе минеральных добавок портландцемента на 10% глиноземистого цемента позволяет получать стеновые камни марок по прочности М75÷М100 без применения тепловой обработки, с тепловой обработкой – до М150, с коэффициентом размягчения более 0,7.

11. Разработан технологический регламент на производство стеновых камней из фосфогипсового композита.

12. Проведено опытно-производственное опробование разработанных предложений по получению стеновых камней из фосфогипса-дигидрата, модифицированного комплексом минеральных добавок. На производственной базе фирмы выпущена опытная партия стеновых камней размером 390x190x188 мм средней плотности 1300÷1340 кг/м3, маркой по прочности М75 в объеме 48 м3.

13. Стоимость сырьевых компонентов для изготовления стеновых камней на основе фосфогипсового композита в 1,5÷1,8 раза ниже аналогов, экономия составляет от 9,1 до 15 рублей на один стандартный камень.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. , Тарасов решения эколого-экономических проблем при утилизации фосфогипсовых отходов. Материалы четвертой традиционной научно – практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов. ''Строительство – формирование среды жизнедеятельности'' - М.: МГСУ, 2000 г., Часть 2, с. 36-39.

2. , Тарасов композит с использованием техногенных гипсосодержащих отходов химической промышленности. Материалы научно-практического семинара 30 января – 2 февраля 2001 г. «Проблемы и пути создания композиционных материалов и технологии комплексного извлечения металлов из вторичных минеральных ресурсов» - Новокузнецк: СибГИУ, 2001, с. 70-81.

3. , Тарасов многокомпонентных минеральных вяжущих веществ //Российский химический журнал. Журнал Российского химического общества им. . №4 2003 год. Том XLVII – Химия современных строительных материалов. С. 12-17.

4. , К проблеме использования фосфогипсовых отходов. // Вестник БГТУ им. . Научно-теоретический журнал. Материалы Международного конгресса «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии», посвященного 150-летию . №5, 2003 г., Часть 1, С. 185-187.

5. , Тарасов алюминатов на структуру и свойства фосфогипсобетона //II всероссийский семинар с международным участием «Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий». Уфа, 2-4 июня 2004 года. С. 151-158.

6. , Тарасов возможности утилизации фосфогипсовых отходов при производстве бетонов. // Бетон и железобетон. Научные труды 2-ой Всероссийской (Международной) конференции по бетону и железобетону. 5-9 сентября 2005 г. Москва; в 5 томах. Том 5. C. 324-328.

7. , Энергоэффективные технологии фосфогипсобетона. // III всероссийский семинар с международным участием «Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий» Тула, 28-30 сентября 2006 г. С. 131-138.

8. , Энергоэффективные технологии фосфогипсобетона. // Строительные материалы №5, 2008, с. 92-94.

9. , Чумаков композиты с техногенным отходом фосфогипсом. // IV всероссийский семинар с международным участием «Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий» Волгоград, 24-26 сентября 2008 г. С. 91-92.