CC BY
29
Iljfl Инженерный вестник Дона, №3 (2020) Н| ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n3y2020/63 74
Использование отходов промышленности для производства шлако-
известково-гипсового вяжущего
А.С. Багдасаров, А.И. Нестеренко Северо-Кавказская государственная академия, г. Черкесск
Аннотация: Рассмотрено использование отходов промышленности для получения и производства шлако-известково-гипсового (ШИГ) вяжущего. Разработано вяжущее на основе доменных шлаков Новолипецкого металлургического комбината (НЛМК), поставляемых в КЧР для «Цемзавода» республики, фосфогипса-дигидрата (ФГД) АО «Невинномысский Азот», извести и песка карьеров КЧР для использования в местном регионе. Выполнены сравнительный анализ составов исходных смесей для получения ШИГ вяжущего, механо-химическая активация смесей в мельнице барабанной, исследование физико-механических и строительно-технических свойств вяжущего. Определены нормальная густота, сроки схватывания, равномерность изменения объёма, предел прочности ШИГ вяжущего. С использованием методов исследований установлено, что полученное шлако - известково - гипсовое вяжущее может заменить цемент в технологии производства каменных и штукатурных работ, при устройстве стяжек и подготовок под полы, а также при изготовлении мелкоштучных стеновых блоков для возведения зданий коттеджного типа.
Ключевые слова: гипс природный - дигидрат; фосфогипс - дигидрат; гранулированный доменный шлак; известь - пушонка; шлако - известково - гипсовое вяжущее; средняя плотность; тонкость помола; нормальная густота; равномерность изменения объема; прочность.
Проблема утилизации промышленных отходов и производство на их основе строительных материалов и изделий в России остаётся быть очень актуальной. Такая ситуация для нашей страны будет ещё довольно долгой, пока не приблизится время исчерпания природных ресурсов. В данном направлении в мире и в России имеется широкий перечень научно-экспериментальных работ, позволяющих решительно изменить существующее положение дел по утилизации промышленных отходов в строительстве [1-3]. Имеются научные работы по утилизации отходов химического производства [4-6]. В работах Меркина А.П., Багдасарова А.С. показана эффективность утилизации фосфогипса без предварительной его подготовки [7].
Данной актуальной проблеме посвящены научные работы Баженова Ю.М., Глуховского В.Д. и других авторов [8,9], показавших эффективность применения отходов в производстве строительных материалов и изделий.
Учёными исследованы свойства и разработаны технологии новых материалов из отходов производства, удовлетворяющих требованиям ГОСТ для использования в строительстве как в нашей стране [10,11], так и за рубежом [12,13].
Кафедра «Строительство и управление недвижимостью» (СиУН) Северо-Кавказской государственной академии (СКГА) также регулярно проводит научно-исследовательские работы по направлению «Энергоэффективность и энергосбережение в строительстве».
При этом выполняются научные работы по следующим проектам:
- отходы производства и их использование;
- комплексная модернизация жилищного фонда;
- напряжённо-деформированное состояние фундаментов.
В 2017-2019 годах на кафедре СиУН СКГА выполнены научные исследования и получено вяжущее на основе отходов промышленности. При этом была поставлена цель разработать вяжущее на основе доменных шлаков Новолипецкого металлургического комбината (НЛМК), поставляемых в КЧР для «Цемзавода» республики, фосфогипса-дигидрата (ФГД) АО «Невинномысский Азот», извести и песка карьеров КЧР для использования в местном регионе (Карачаево-Черкесская республика и Ставропольский край).
Для достижения поставленной цели нами решались следующие задачи:
- исследование свойств и химического состава исходных смесей;
- механо-химическая активация исходных составов смесей в мельнице барабанной;
1К1 Инженерный вестник Дона, №3 (2020) Н| ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n3y2020/63 74
- изготовление и исследование физико-механических и строительно-технических свойств образцов на основе нового вяжущего.
Научная новизна.
1. Разработаны научные положения механохимической активации исходных смесей в мельнице барабанной. Раскрыто влияние параметров времени обработки на свойства шлако-известково-гипсового (ШИГ) вяжущего и определён оптимальный режим активации.
2. Определены граничные условия исходных составов смесей для производства ШИГ вяжущего, соответствующего требованиям ГОСТ.
Проводились исследования с применением природного гипсового камня и фосфогипса - дигидрата (ФГД).
При этом были использованы следующие исходные материалы:
- гранулированный доменный шлак (НЛМК) со средним размером зерен 0,5 мм.;
- фосфогипс - дигидрат (ФГД) АО «Невинномысский Азот»;
и местные материалы:
- известь - пушонка;
- гипс природный - дигидрат;
- песок Усть-Джегутинский;
Природный гипс предварительно подвергнут механическому дроблению с последующим совместным помолом в мельнице барабанной лабораторной (МБЛ). Шлак предварительно высушивался до постоянной массы.
Из данных материалов были приготовлены следующие составы исходных смесей:
1-й состав (в %): шлак - 85;
гипс - 13;
известь - 2 (масс. % шлака)
2-й состав (в %): шлак - 80;
известь - 20;
гипс - 5 (масс. % шлака и извести)
3-й состав (в %): шлак - 90;
фосфогипс - 10; известь - 7 (масс. % ФГД)
4-й состав (в %): шлак - 80;
фосфогипс - 20; известь - 7 (масс. % ФГД)
5-й состав (в %): шлак - 70;
фосфогипс - 30; известь - 7 (масс. % ФГД)
6-й состав (в %): шлак - 50;
фосфогипс - 50; известь - 7 (масс. % ФГД)
Все составы смесей активированы в МБЛ до тонкости помола до 10%,
*
определяемой по ГОСТ 310.2-76 .
В процессе исследований были определены нормальная густота, сроки
схватывания и равномерность изменения объема шлако - известково -
*
гипсового вяжущего из смесей всех составов по ГОСТ 310.3-76 .
Образцы, изготовленные из смесей с природным гипсовым камнем и третьего состава, выдержали испытания на равномерность изменения объема (рис. 1).
II Инженерный вестник Дона, №3 (2020) Н| ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n3y2020/63 74
Рисунок 1. Равномерность изменения объёма нового вяжущего а - лепёшка с введением природного гипса; б - лепёшка с введением ФГД.
Для определения предела прочности ШИГ вяжущего изготовлены по
два комплекта образцов - балочек размером 4х4х16 см для каждого состава
*
по ГОСТ 310.4-81 .
Испытание образцов показало, что прочность при сжатии образцов второго состава в 2 раза превышает прочность образцов первого состава, и составила 18 МПа в состоянии равновесной влажности, а для образцов состава третьего -12,5 МПа (рис. 2). Использование ШИГ вяжущего из 4-6 состава смесей признано нецелесообразным, из-за снижения прочности образцов на 40-80%, что обусловлено увеличением в составах примесей, содержащихся в исходном ФГД, которые образуют пассивирующие плёнки на поверхности кристаллов твердеющего вяжущего.
:
Рис. 2. - Зависимость прочности ШИГ вяжущего от содержания в смеси
ФГД
Исследования проводились с использованием песка Усть -Джегутинского карьера, так как целью исследований является разработка ШИГ вяжущего для использования в Карачаево-Черкесской республике и Ставропольском крае.
В таблице приведены показатели физико - механических свойств ШИГ вяжущего и для сравнения показатели цемента Карачаево-Черкесского цементного завода.
1К1 Инженерный вестник Дона, №3 (2020) Н| ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n3y2020/63 74
Физико-механические свойства ШИГ вяжущего.
Вяжущее Средняя Удельн. Тонкость Норм Сроки схваты- Прочно-
плотность поверх - помола густот вания час сть при
г/см3 ность, см2/г % а, % начало конец сжатии, МПа
1 2 3 4 5 6 7 8
Цемент
марки 300 1,41 2420 -- 24 2 - 3 5 25 - 38
Шлако -
известково - 1,33 2760 3,5 24 8 9 18
гипсовое (на
природном
гипсе)
Шлако - 1,28 2500 6,0 23,9 9 12 12,5
известково-
фосфогипсов
ое
Т.о., полученное шлако - известково - гипсовое вяжущее может
заменить цемент в технологии производства каменных и штукатурных работ, при устройстве стяжек и подготовок под полы, а также при изготовлении мелкоштучных стеновых блоков для возведения зданий коттеджного типа.
В настоящее время проводятся работы по внедрению результатов исследований в производство. Планируется создать опытно-промышленную линию по производству ШИГ вяжущего и строительных изделий на его основе. Также ведётся разработка технологического регламента на производство общестроительных отделочных работ с использованием нового вяжущего.
Литература
1. Долгорев А.В. Вторичные сырьевые ресурсы в производстве строительных материалов: Физико-химический анализ: Справочное пособие -М.: Стройиздат, 1990. - 456 с.
2. Эвенчик С.Д., Новиков А.А. Фосфогипс и его использование. М.: Химия, 1990. - 224 с.
3. Кармишел Дж. Производство и утилизация фосфогипса в мире // Пер. НИУИФ, №4819 / Конденсед Пейпорс. - Майами, 1986. -К.2. - рр. 29 -34.
4. Недосеко И.В. Гипсовые композиции из отходов промышленности и изделия на их основе: диссертация: 05.23.05. - Уфа, 2002. - 303 с.
5. Мещеряков Ю.Г. Гипсовые попутные промышленные продукты и их применение в производстве строительных материалов. - Л.: Стройиздат, 1982. - 144 с.
6. Воробьёв Х.С. Гипсовые вяжущие и изделия: Зарубежный опыт. -М.: Стройиздат, 1983. - 201 с.
7. Багдасаров А.С. Пеногипс на основе фосфогипса. Черкесск: БИЦ СевКав ГГТА, 2017. - 96 с.
8. Баженов Ю.М., Шубенкин П.Ф., Дворкин Л.И. Применение промышленных отходов в производстве строительных материалов. - М.: Стройиздат, 1986. - 54 с.
9. Глуховский В.Д. Шлакощелочные бетоны на мелкозернистых заполнителях // Учебн. пособие. - Киев: Вища школа, 1981.- 223 с.
10. Шляхова Е.А., Акопян А.Ф., Акопян В.Ф. Применение метода рентгенофазового анализа для изучения свойств модифицированного шлакощелочного вяжущего// Инженерный Вестник Дона, 2012, №4 (часть 2). URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1395/.
11. Грушко И.С., Яценко Е.А. Разработка технологии стеклокристаллических материалов на основе шлака Несветай ГРЭС ЮжноРоссийский государственный технический университет, Инженерный Вестник Дона. 2009. №3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2009/150/.
12. Stevula L., Majling J., Frtalova D., Dyda M. The utilization of ferrochromium slag by hydrothermal treatment // Ceramik-Silikaty. 1993. - № 2. -P. 8992.
13. Characteristics of the slags produced in the fusion of scrap steel by electric an-furnace / Luxan M. P., Sotolongo R., Dorrego F., Herrero E. // Cem. and Conor. Res.: An International Journal. 2000. - № 4 - pp. 517-519.
Referances
1. Dolgorev A.V. Vtorichnyje syryevyje resursy v proizvodstve stroitelnyjkh materialov: Fiziko-khimicheskiy analiz. [Secondary raw materials in building materials: Physical and chemical analysis] M.: Stroyizdat, 1990. 456 p.
2. Evenchik S.D., Novikov A.A. Fosfogips i ego ispolzovaniye. [Phosphogyps and its use] M.: KHimiya, 1990. 224 p.
3. Karmishel Dzh. Proizvodstvo i utilizatsiya fosfogipsa v mi-re. [Manufacture and disposal of phosphogypsum in the world] Per. NIUIF, №4819 Kondensed Peypors. May-ami, 1986. K.2. p. 29, 34.
4. Nedoseko I.V. Gipsovyye kompozitsii iz otkhodov promyshlennosti i izdeliya na ikh osnove. [Plaster compositions from industrial waste and products based on it] dissertatsiya d:t.n. 05.23.05. Ufa, 2002. 303 p.: il.
5. Meshcheryakov YU.G. Gipsovyye poputnyye promyshlennyye produkty i ikh primeneniye v proizvodstve stroitel'nykh materialov. [Plaster industrial by-products and their application in the production of building materials] L.:1982. 144 p.
6. Vorobyëv KH.S. Gipsovyye vyazhushchiye i izdeliya. [Plaster binders and products] M.: Stroyizdat, 1983. 201 p.
7. Bagdasarov A.S. Penogips na osnove fosfogipsa. [Phosphogypsum-based foam] Cherkessk: BITS SevKav GGTA, 2017. 96 p.
8. Bazhenov YU.M., Shubenkin P.F., Dvorkin L.I. Primeneniye promyshlennykh otkhodov v proizvodstve stroitelnykh materialov. [Application of industrial waste in production of building materials] M.: Stroyizdat, 1986. 54p.
9. Glukhovskiy V.D. Shlakoshchelochnyye betony na melkozernistykh zapolnitelyakh [Manufacture and disposal of phosphogypsum in the world]. Kiyev: Vishcha shkola, 1981. 223 p.
10. Shlyakhova E.A., Akopyan A.F., Akopyan V.F. Inzhenernyj vestnik Dona. 2012. №4 (chast 2). URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1395/.
11. Grushko I.S., Yatsenko E.A. Inzhenernyj vestnik Dona. 2009. №3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2009/150/.
12. Stevula L., Majling J., Frtalova D., Dyda M. The utilization of ferrochromium slag by hydrothermal treatment Ceramik-Silikaty. 1993. № 2. p. 8992.
13. Luxan M. P., Sotolongo R., Dorrego F., Herrero E. Cem. and Conor. 2000. № 4, pp. 517- 519
