CC BY
121
УДК 666.943
Н. Р. Рахимова
Влияние добавок молотого боя керамического кирпича на состав и микроструктуру камня композиционного шлакощелочного вяжущего
Казанский государственный архитектурно-строительный университет, кафедра строительных материалов 420043, г. Казань, ул. Зеленая, 1, e-mail: [email protected]
В работе приведены результаты исследований влияния добавок молотого боя керамического кирпича на состав (методом рентгенофазового анализа) и микроструктуру (методом электронной микроскопии) камня композиционного шлакощелочного вяжущего. Установлено, что введение оптимального содержания добавок молотого боя керамического кирпича — 30% в состав композиционного шлакощелочного вяжущего приводит к увеличению степени гидратации шлака, объема новообразований и общей закристаллизованности системы. Кроме того, в присутствии добавок уменьшается размер зерен новообразованной фазы и формируется более тонкозернистая структура по сравнению с контрольным образцом.
Ключевые слова: шлакощелочные вяжущие, бой керамического кирпича, состав, микроструктура, новообразования.
В «Стратегии развития строительного комплекса Российской Федерации до 2010 г.» среди прочих ставятся задачи «обеспечить рациональное использование минеральных природных ресурсов и вовлечение в производство техногенных отходов различных отраслей промышленности», ...«замещение на 20—30 % природного минерального сырья производственными и бытовыми отходами при производстве бетонов, растворов, керамических изделий и некоторых строительных материалов с существенным снижением их стоимости» 1. Решение этих задач представляется наиболее эффективным в области разработок бесклинкерных и малоклинкерных вяжущих и материалов и изделий на их основе. Одной из разновидностей таких материалов являются шла-кощелочные вяжущие, получаемые на основе металлургических и топливных шлаков, дальнейшее развитие производства которых с учетом современных тенденций развития науки и практики, очевидно, должно идти в направлении расширения разработок композиционных шлакощелочных вяжущих (КШЩВ) 2.
С учетом отмеченных выше задач актуальным при производстве КШЩВ является Дата поступления 22.05.07
использование промышленных отходов наиболее материалоемкой отрасли промышленности — строительной. Одним из значительных по объемам отходом строительной отрасли является бой керамического кирпича (БКК), образующийся как на заводах керамического кирпича, так и при сносе зданий с ограждающими конструкциями из него. Нами была обоснована целесообразность получения КШЩВ совместным помолом доменного гранулированного шлака с добавкой до 80% БКК 3. Добавки позволяют не только заменить часть шлака в составе вяжущего, но и улучшают эксплуатационные характеристики материалов на их основе: повышают прочностные показатели, снижают содержание свободной щелочи, уменьшают энергозатраты на помол и т. д. Однако для объяснения механизма действия рассматриваемых добавок в составе КШЩВ необходимо исследовать изменения, происходящие в составе и структуре шлакощелочного камня с введением выбранных минеральных модификаторов. В настоящей статье представлены результаты исследований влияния добавок БКК на состав и микроструктуру камня ШЩВ.
Для получения КШЩВ использовался шлак Орско-Халиловского металлургического комбината с модулем основности Мо = 1.006, модулем активности Ма = 0.205, коэффициентом качества Кк = 1.399, химического состава (% мас.): БЮ2 - 40.02; СаО - 42.02; А1203 - 8.22; MgО - 6.26; МпО - 0.36; Fe203 < 0.1; ТЮ2 - 0.36; Ыа20 - 0.44; К20 - 0.66; Р205 - 0.04; Б03 - 1.45. В качестве минеральной добавки применен молотый БКК - отход Казанского КСМ следующего химического состава: БЮ2 - 77.52; А1203 -9.85; СаО - 2.03; MgО - 1.15; Fe203 - 4.4; ТЮ2 - 0.63; FeО - 0.27; Мп0 - 0.06; Ыа20 -0.84; К20 - 2.28; Р205 - 0.1; Б03 - 0.07; ппп - 0.64.
Для затворения КШЩВ применялся водный раствор (р = 1.15 г/см3) кальцинированной
соды технической (ГОСТ 5100-85) марки Б 1-го сорта; образцы камня КШЩВ, выбранные для исследований, предварительно подвергались тепловлажностной обработке по ре-
жиму 4 + 3 + 6 + 3 ч с изотермической выдержкой при 95 оС.
На рис. 1 представлены дифрактограммы образцов камня бездобавочного и с различным
з.озо
З.ОГ2
б)
Рис. 1. Дифрактограммы образцов шлакощелочного камня после ТВО: а) ОХМК 100%; б) ОХМК 70% + +БКК 30%; в) ОХМК 40% + БКК 60%
содержанием добавок БКК шлакощелочных вяжущих. Их анализ показывает, что значительная часть продуктов взаимодействия представлена рентгеноаморфной фазой, а новообразованиями искусственного камня является кальцит и тоберморит (в незначительных количествах).
Полученные результаты согласуются с данными Р. Ф. Руновой и С. Е. Максунова 4, в соответствии с которыми при затворении ШЩВ карбонатом натрия начальный этап времени взаимодействия на уровне катионнооб-менных процессов сопровождается образованием кристаллического кальцита, а затем уже образующийся едкий натр растворяет стекло-фазу шлака и процесс завершается возникновением щелочного гидроалюмосиликатного геля и субмикрокристаллических гидросиликатов кальция.
Сравнительный анализ дифрактограмм выявил, что состав, модифицированный 30% молотого БКК, отличается более высокой интенсивностью пиков, соответствующих кальциту (а = 0.3034. 0.2495. 0.2281. 0.2094 нм), по сравнению с бездобавочным составом и составом, содержащим 60% БКК. На рис. 2. представлена зависимость изменения рассчитанного по дифракционным картинам коэффициента, отражающего количественное соотношение кальцит — аморфная фаза в рассматриваемом интервале модификации.
Для КШЩВ с 30% добавкой молотого БКК соотношение кальцит—аморфная фаза
в 2.2 раза превышает аналогичный показатель для бездобавочного ШЩВ и с добавкой 60% БКК.
Коэффициент кальцит—аморфная фаза в данном случае можно рассматривать как показатель степени гидратации шлака, поскольку очевидно, что объем образующегося кальцита зависит от освобождающегося при гидратации шлака кальция. Вероятно, добавки БКК, выступая в качестве центров кристаллизации для новообразований, повышают степень гидратации шлака и количество новообразований (на начальных этапах в виде кальцита).
При разработке ШЩВ с заданными свойствами П. В. Кривенко 5 установлено, что морфологически однородные гидратные соединения или такие безводные минералы, как полевые шпаты, ускоряют выделение вторичных фаз, щелочных и щелочно-земельных гидроалюмосиликатов. Причем последние образуются преимущественно в поровом пространстве и, заполняя его, способствуют возникновению прочных кристаллизационных контактов с первичными фазами, обуславливая формирование более однородной и плотной структуры цементного камня.
Данные электронномикроскопических исследований, приведенные на рис. 3, показывают, что подобные процессы протекают и в рассматриваемых системах. Поскольку с введением добавки углубляются процессы гидратации шлака и связывания щелочи в составе продуктов
Соотношение компонентов БКК /шлак; %
Рис. 2. Влияние содержания добавки БКК на соотношение кальцит—аморфная фаза
в)
Рис. 3. Данные электронномикроскопического анализа образцов, состоящих из: а) 100% гранулированного доменного шлака; б) 70% гранулированного доменного шлака и 30% молотого БКК; в) 40% гранулированного доменного шлака и 60% молотого БКК
твердения, трещины усыхания в гидратиро-ванной аморфной фазе при удалении водного раствора соды для модифицированного шла-кощелочного камня нехарактерны.
Вместе с тем, при гетерогенном зарождении новообразований в присутствии крентов, в данном случае — добавок молотого БКК, понижается энергия кристаллизации, и размер зерен новообразованной фазы уменьшается. Тонкозернистая структура модифицированного искусственного камня (рис. 3), обеспечивающая гашение внутренних напряжений при структурообразовании и более высокую устойчивость к воздействию внешних напряжений при эксплуатации, вероятно, предопределяет более высокую прочность КШЩВ по сравнению с бездобавочным.
Резюмируя вышесказанное, механизм действия добавок молотого БКК представляется следующим. При введении добавок молотого БКК в количестве 30% в состав вяжущего:
— повышается степень гидратации шлака;
— увеличивается объем новообразований;
— на уровне микроструктуры образуется плотный и однородный тонкозернистый агрегат.
Литература
1. Стратегия развития строительного комплекса Российской Федерации до 2010 года.— М.: Госстрой РФ, 2004.
2. Рахимов Р. З. Достижения, проблемы и перспективные направления развития исследований и производства шлакощелочных вяжущих и бетонов. // Материалы десятых академических чтений РААСН «Достижения, проблемы и направления развития теории и практики строительного материаловедения».— Пенза—Казань, 2006.- С. 57.
3. Хабибуллина Н. Р., Рахимов Р. З. // Бетон и железобетон.- 2006.- № 5.- С. 15.
4. Рунова Р. Ф., Максунов С. Е. // Цемент.-1990.- № 6.- С. 8.
5. Кривенко П. В. // Цемент.- 1990.- № 6.-С. 10.
