Цеолитсодержащие вяжущие повышенной водостойкости и изделия на их основе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.11, кандидат технических наук Смиренская, Вера Николаевна

• Смиренская, Вера Николаевна
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Смиренская, Вера Николаевна

ВВЕДЕНИЕ

1. ПРИРОДНЫЕ ЦЕОЛИТЫ - ПЕРСПЕКТИВНОЕ СЫРЬЕ ДЛЯ СИЛИКАТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

1.1. Общие сведения о цеолитах

1.2. Сырьевая база природных цеолитов

1.3. Кристаллохимическое строение цеолитов

1.4. Классификация цеолитов

1.5. Структурные особенности клиноптилолита и гейландита

1.6. Свойства цеолитов

1.7. Применение природных цеолитов в силикатных технологиях

1.8. Выводы по литературному обзору и обоснование выбранного направления исследований. Постановка задачи исследования

2. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. МЕТОДЫ И

МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Характеристика материалов

2.1.1. Цеолитовые породы

2.1.2. Гипсовый камень

2.1.3. Магнезит

2.1.4. Кварцевый песок

2.1.5. Строительная воздушная известь

2.1.6. Каустический магнезит

2.1.7. Порошок магнезиальный каустический

2.1.8. Строительный гипс

2.1.9. Портландцемент

2.1.10. Рабочие растворы

2.2. Методы и методики исследований

2.2.1. Химические методы анализа

2.2.2. Определение химической устойчивости изделий, полученных на основе цеолитсодержащих вяжущих

2.2.3. Термофизические методы анализа

2.2.4. Рентгенофазовый анализ

2.2.5. Оптическая микроскопия

2.2.6. Характеристика методов и методик, используемых в работе при испытании вяжущих 58 3. КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕОЛИТОВЫХ ПОРОД

САХАПТИНСКОГО И ХОЛИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЙ

3.1. Общие сведения о месторождениях

3.1.1. Сахаптинское месторождение

3.1.2. Холинское месторождение

3.2. Петрографическое описание цеолитовых пород

3.3. Изучение минералогического состава цеолитовых пород методом рентгенофазового анализа

3.4. Исследование поведения цеолитовых пород при нагревании

3.5. Физико-механические свойства цеолитовых пород

3.6. Дисперсионный анализ цеолитовых пород

3.7. Химический состав цеолитовых пород

3.8. Исследование процессов, протекающих при взаимодействии цеолитов с водой, растворами кислот и щелочей

3.9. Гидравлическая активность цеолитовых пород

3.9.1. Гидратационная активность

3.9.2. Гидравлическая активность

3.9.3. Пуццолановая активность

3.9.4. Гидравлическая активность, определяемая по методу

М.И. Стрелкова

3.9.5. Реакционная способность цеолитов по отношению к растворам MgOH2, MgCl2, MgS04, известково-гипсовому, CaS

3.9.6. Потенциальная реакционная способность цеолитов

3.9.7. Содержание растворимого глинозема

3.10. ВЫВОДЫ по главе

4. РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ И ТЕХНОЛОГИЙ ЦЕОЛИТСОДЕРЖАЩИХ

ВЯЖУЩИХ

4.1. Физико-химические процессы получения гипсоцеолитовых вяжущих 113 4 Л. 1. Исследование цеолитовых пород в составе смешанных гипсоцеолитовых вяжущих 1 типа 117 4.1.2. Исследование термоактивированных цеолитовых пород в составе смешанных гипсоцеолитовых вяжущих 2 типа 124 4Л.З. Исследование цеолитовых пород в составе гипсоцеолитовых вяжущих совместной варки 3 типа

4.1.4. Влияние добавки оксида кальция на свойства гипсоцеолитовых вяжущих

4.1.5. ВЫВОДЫ

4.2. Исследование процессов получения цеолитмагнезиальных вяжущих

4.2.1. Выбор соотношений компонентов смешанных цеолитмагнезиальных вяжущих

4.2.2. Особенности структурообразования цеолитмагнезиальных вяжущих в ранние сроки твердения

4.2.3. Исследование процессов формирования фазового состава и структуры цеолитмагнезиальных вяжущих

4.2.4. ВЫВОДЫ

4.3. Исследование физико-химических процессов получения известково-цеолитовых вяжущих

4.3.1. Выбор составов и изучение технологических свойств известковоцеолитовых вяжущих

4.3.1.1. Влияние тепловлажностной обработки на свойства известково-цеолитовых вяжущих

4.3.1.2. Изучение фазового состава продуктов твердения известково-цеолитовых вяжущих

4.3.2. Исследование известково-цеолитовых вяжущих в составе силикатных масс

4.3.3. ВЫВОДЫ

4.4. Исследование цеолитов в составе цементноцеолитовых матриц для отверждения промышленных отходов

4.4.1. Взаимодействие природных цеолитов с насыщенными солевыми растворами

4.4.2. Отверждение имитационных водно-хвостовых отходов в составе цементноцеолитовых матриц

4.4.3. ВЫВОДЫ 193 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЦЕОЛИТСОДЕРЖАЩИХ ВЯЖУЩИХ

ПОВЫШЕННОЙ ВОДОСТОЙКОСТИ. ПОЛУЧЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЦЕОЛИТСОДЕРЖАЩИХ ВЯЖУЩИХ

5.1. Технология смешанных цеолитсодержащих вяжущих

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Цеолитсодержащие вяжущие повышенной водостойкости и изделия на их основе»

Формирование рыночных отношений в экономике России предопределило создание новой концепции производства основных видов строительных материалов. Исходя из современных проблем строительного комплекса, создание новых и совершенствование существующих технологических процессов должно быть направлено на разработку и производство эффективных и конкурентно-способных строительных материалов, изделий и конструкций при максимальном использовании местных и нетрадиционных видов сырья.

Потребности в вяжущих строительных материалах для индивидуального строительства в настоящее время возрастают, и удовлетворять их, используя традиционные вяжущие материалы строительной индустрии - например, портландцемент, неэффективно.

Разработка вяжущих и изделий на их основе с использованием природных цеолитов - новое направление в исследованиях как цеолитового сырья, так и в химии и технологии вяжущих строительных материалов. Проблемами изучения и рационального использования природных цеолитов специалисты во всем мире активно занимаются в течение последних тридцати лет, В России цеолиты были признаны самостоятельным видом полезного ископаемого только в последнее десятилетие [1]. Природные цеолиты несколько уступают по своим свойствам синтетическим, но дешевле их. Это делает использование природных цеолитов в некоторых случаях предпочтительным. Промышленно важными являются месторождения высококремнеземистых цеолитов [2].

Геолого-минералогической особенностью районов Сибири и Дальнего Востока является повсеместное распространение пород вулканического происхождения, в том числе и высококремнеземистых цеолитов. Месторождения характеризуются высокими прогнозными запасами, большими мощностями пластов и благоприятными для разработки условиями залегания, табл. 1.1.

Настоящий этап исследований цеолитовых пород для использования их в одной из самых ресурсоемких отраслей промышленности - строительной индустрии - является весьма актуальным и перспективным, создающим необходимые предпосылки для промышленного освоения месторождений по различным технологическим направлениям строительных вяжущих материалов. Применение результатов этих исследований позволит сделать научно-обоснованные рекомендации по расширению сырьевой базы и вовлечению в производственный процесс нетрадиционных видов местного сырья, снизить стоимость широко используемых в строительной практике материалов и изделий.

Данная работа выполнена в рамках республиканской научно-исследовательской программы «Теоретические и технологические основы получения и применения силикатных и других неорганических материалов с функциональными свойствами» (1991-1995гг.), код темы по ГАСНТИ 61.35.29. Государственной научно-технической программы «Экогорметкомплекс будущего» по разделу «Цеолиты России», 1995-1998гг.

Цель работы. Разработка технологий и показателей активности цеолитсо-держащих вяжущих повышенной водостойкости и изделий из них по результатам исследований процессов взаимодействия цеолитовых пород с различными реагентами.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

- комплексные исследования цеолитовых пород Сахаптинского и Холин-ского месторождений по методологической схеме, принятой в технологии вяжущих силикатных материалов;

- разработка критериев оценки пригодности цеолитовых пород для технологии вяжущих;

- изучение особенностей поведения природных цеолитов в составе цео-литсодержащих вяжущих воздушного и гидравлического твердения;

- обоснование выбора оптимальных составов цеолитсодержащих вяжущих;

- разработка научно обоснованных рекомендаций по использованию природного цеолитового сырья в технологии гипсоцеолитовых, известково-цеолитовых, цеолитмагнезиальных и цементно-цеолитовых вяжущих и изделий на их основе.

Научная новизна работы. - Установлены природа и механизм проявления клиноптилолитсодержащими цеолитовыми породами гидравлической активности, выражающейся в способности клиноптилолита взаимодействовать с продуктами гидратации вяжущих веществ; численное значение гидравлической активности является объективно - информативным и надежным технологическим параметром, приемлемым для оценки пригодности цеолитовых пород в качестве сырья в технологии вяжущих.

- Установлена способность клиноптилолитовых пород к модифицированию их сульфатом кальция в процессе низкотемпературной варки гипсоцеолитовых вяжущих, проявляющаяся в активном участии цеолитовой составляющей в формировании мелкокристаллических плотных и водостойких структур продуктов твердения гипсоцеолитовых вяжущих.

- Развиты представления об особенностях протекания процессов гидратации и структурообразования цеолитмагнезиальных вяжущих, которые заключаются в способности клиноптилолита изменять характер жидкой среды, направленно воздействуя на фазообразование в системе, и одновременно изолировать неводостойкие продукты твердения в полостях и порах алюмосиликатной матрицы.

-Установлены особенности поведения клиноптилолитовых пород при теп-ловлажностной обработке в составе известково-цеолитовых вяжущих, проявляющиеся в активизирующем воздействии извести на процессы деструкции кристаллической решетки цеолитовых минералов, что обеспечивает непосредственное участие структурных элементов кремнеалюмокиелородного каркаса в синтезе гидроалюминатов и гидросиликатов кальция.

- Показано, что клиноптилолитовые породы проявляют селективность к водносолевым растворам с поглощением катионов в ряду (по мере убывания): Ва 2+> Ре3+ > Са2+) > АЛ3+, возможно отверждение промышленных отходов в составе цементноцеолитовых матриц.

Практическое значение выполненных исследований. ¡.Разработаны составы цеолитсодержащих вяжущих воздушного твердения (гипсоцеолитовые, известково-цеолитовые, цеолитмагнезиальные) с оптимальным и предельно высоким содержанием цеолитовой породы и получены:

- гипсоцеолитовые вяжущие повышенной водостойкости - оптимальным технологическим приемом является добавка природного цеолита в небольших количествах (от 5 до 10% по массе при использовании цеолита Холинского месторождения и до 20% - Сахаптинского месторождения);

- цеолитмагнезиальные вяжущие, в которых цеолитовая порода выполняет роль силикатной матрицы и может быть введена в состав вяжущего в количестве от 50 до 70% по массе; цеолитмагнезиальное вяжущее, обладающее высокими физико-механическими свойствами, повышенной водо- и солестойкостью, защищено авторским свидетельством N1754686;

- известково-цеолитовые вяжущие состава 40:60, где цеолит является активным кремнеземсодержащим компонентом, обеспечивающим вполне удовлетворительные строительно-технические свойства вяжущим при тепловлажностной обработке как запариванием, так и пропариванием;

- цементноцеолитовые вяжущие специального назначения, которые имеют состав 70% портландцемента и 30% цеолитовой породы, возможно предварительно термоактивированной - цеолиты Сахаптинского месторождения при температурах 200-300°С, Холинского месторождения - 400-500°С.

2. Получены и испытаны строительные материалы и изделия на основе цео-литсодержащих вяжущих.

Реализация результатов исследования.

- Разработаны рекомендации к технологии строительных вяжущих материалов с использованием цеолитовых пород Сахаптинского и Холинского месторождений.

- Переданы в управления Научно-производственной фирмы ЦеНС г. Красноярска и Забайкальского ГОК рекомендации по использованию цеолитовых пород Сахаптинского и Холинского месторождений.

- Составлен технологический регламент на производство цеолитмагнезиальных вяжущих.

- Проведена апробация цементноцеолитового вяжущего для отверждения водно-хвостовых отходов СХК г. Томска.