Энерго- и ресурсосберегающая технология силикатного кирпича

Abstract

RU: Диссертация посвящена вопросам разработки энерго– и ресурсосберегающей технологии силикатного кирпича. Проведено термодинамическое исследование системы CaO–SiO2–H2O, позволившее разработать кристаллохимическую концепцию направленного формирования фаз гидросиликатов кальция с плотноупакованной структурой, что, при сниженной температуре гидротермальной обработки 437К, обеспечивает соотношение C/S, близкое к единице. Введение в сырьевую смесь силикатного кирпича тонкодисперсних добавок промышленных отходов и добавок-электролитов с изоморфными структуре гидросиликатов кальция ионами способствует повышению физико-механических и технических свойств изделий Проведено исследование механизма фазообразования в известково-песчаной смеси в присутствии тонкодисперсных добавок-промышленных отходов. Установлено, что добавка отхода производства мелющих тел (SiO2) в составе вяжущего приводит к образованию дополнительного количества новообразований как в гелевой, так и в кристаллической фазе; повышает активность добавок молотого отвального шлака и цементной пыли-уноса, продукты твердения образцов силикатного кирпича с указанной добавкой содержат в основном тоберморитоподобные низкоосновные гидросиликаты кальция. Установлен механизм действия добавок-электролитов NaOH, K2CO3, MgSO4, Al2(SO4)3, MgCl2, СаCl2, BaCl2, AlCl3 на параметры гашения извести, основанный на том, что произведение концентраций ионов в жидкой фазе сырьевой смеси силикатного кирпича изменяется в присутствии электролита, тогда как произведение растворимости остается неизменным. Исследовано влияние указанных добавок на процессы фазообразования в сырьевых смесях с добавками SiO2, отвального шлака и пыли-уноса. Установлено, что в смесях с добавкой SiO2, растворы хлоридов увеличивают концентрацию электролита, что приводит к концентрационной коагуляции гидросиликатов кальция, имеющих отрицательный электроповерхностный потенциал и образованию прочных электрогетерогенных контактов с одним общим слоем противоионов, данный эффект усиливают катионы малого радиуса Mg2+ и Al3+. Разработан рациональный состав комплексной добавки, в состав которой входят SiO2, доменный отвальный шлак и раствор MgSO4, позволивший получить силикатный кирпич с высокими эксплуатационными характеристиками при энергосберегающем режиме гидротермальной обработки: давление 0,6 МПа, время изотермической выдержки 6 ч. Добавка раствора MgSO4 вызвала синергетический эффект увеличения прочности: положительное влияние катиона Mg2+ усиливается в присутствии аниона . Катион малого радиуса Mg2+ изоморфен магнийсодержащим минералам отвального шлака, и, достраивая их кристаллическую решетку, увеличивает положительный электроповерхностный потенциал, что приводит к уплотнению электрогетерогенных контактов между шлаковыми частицами и новообразованиями гидросиликатов кальция через один общий слой противоионов. Анион активирует шлак, а также связывает ионы в малорастворимый CaSO4, что смещает равновесие реакции между известью и кремнеземом в сторону образования гидросиликатов кальция. В процессе твердения сырьевой смеси с комплексной добавкой формируется плотная структура силикатного кирпича, образованная тоберморитоподоббными фазами волокнистой, пластинчатой и игольчатой морфологии. Проведены кинетические исследования системы CaO–SiO2–H2O с комплексной добавкой, рассчитана скорость реакции образования гидросиликатов кальция, установлена константа скорости реакции при различных температурах, энергия активации, величина которых указывает на диффузионное протекание процессов. Установлено, что процессы фазообразования в сырьевой смеси с комплексной добавкой завершаются при давлении 0,6 МПа и времени выдержки изделий в автоклаве 6 ч. Разработанная технология силикатного кирпича позволяет уменьшить давление автоклавной обработки на 0,2 МПа, а время – на 2 ч с сохранением эксплуатационных характеристик, уменьшить расход извести в вяжущем на 50 %, а так же утилизировать отход производства мелющих тел и доменный отвальный шлак. Испытания полупромышленной партии кирпича показали, что силикатный кирпич получен силикатный кирпич с эксплуатационными характеристиками, соответствующими требованиям действующих нормативных документов.

EN: The theoretical studies of the system CaO – SiO2 – H2O preceded to obtaining the silicate brick with high physical-mechanical properties at low autoclave treatment temperature. Obtained data were the base creative crystal-chemistry concept of direction formation calcium hydrosilicates with close-packed structure. Given structure was obtained by introduction into lime-sand raw mixture the active mineral additives of industrial waste and electrolyte additives with ions which are isomorphic to calcium hydrosilicate crystal lattice. The mechanism of industrial waste high-dispersive additives and electrolyte additives influence on the silicate brick strength was determined. The ration composition of complex additive permitting to reduce the autoclaving pressure on 0,2 MPa as well autoclaving treatment time on 2 h with saving the brick performance is developed. Due to given additive lime expenditure is reduced on 50%, moreover the milling bodies production waste and blast-furnaces slag are utilized. The silicate brick produced by developed technology was tested under manufacture conditions. It is determined that performance of silicate brick corresponds to state standards: resistance strength – 20 MPa, freeze resistance – 25 cycles.