Введение 4
Глава 1. Аналитический обзор 7
1.1 Общие сведения о техногенных неорганических материалах
металлургического производства 7
1.2 Теоретические представления о строении вяжущих систем 24
1.3 Структура С-S-H 28
Глава 2. Основные методики исследования вяжущих систем 37
2.1 Электронная микроскопия. Растровый ионно-электронный микроскоп . 37
2.2. Рентгеновская дифрактометрия. Рентгеновский дифрактометр 39
Глава 3. Экспериментальная часть 42
3.1 Характеристика сырьевых материалов 42
3.2 Методика приготовления лабораторных образцов экспериментальных
составов с использованием доменного гранулированного шлака 44
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ 47
Заключение 52
Список используемой литературы
Доменный шлак является вторичным техногенным продуктом, получающимся при выплавке чугуна в доменных печах. В печь подают железную руду, кокс и флюсовый камень. Расплавленный шлак, в основном имеет следующий химический состав: от 30% до 40% SiQ2 и около 40% СаО, который сравним с химическим составом портландцемента. В большинстве случаев, шлак выпускается из домны с температурой 1773 - 1873К, после чего подвергается быстрому охлаждению водой, которое приводит к образованию стекловидной структуры доменного гранулированного шлака. Для производства доменного гранулированного шлака требуется меньше дополнительной энергии, сравнительно с энергией, необходимой для производства портландцемента. Замена портландцемента на доменный гранулированный шлак приводит к значительному сокращению выбросов углекислого газа в окружающую среду, в связи с этим доменный гранулированный шлак является экологически чистым строительным материалом. Он может быть использован для замены целых 80% портландцемента, используемого в бетоне. Бетон из доменного гранулированного шлака обладает наилучшими характеристиками водонепроницаемости, а также повышенной устойчивостью к химической коррозии. В результате повышается срок службы конструкции, а стоимость технического обслуживания понижается. Структура доменного
гранулированного шлака характеризуется высоким содержанием стекла, которое может быть активировано, благодаря увеличению значения рН, вызванное щелочным активатором, например, Са(ОИ)2.
Использование доменного гранулированного шлака в качестве вяжущего материала обосновано, т.к. искусственный шлаковый камень обладает высокой прочностью на сжатие, низкой теплотой гидратации, устойчивостью к химическому воздействию, лучшей технологичностью, хорошей прочностью и экономической выгодой.
Объектом исследования является доменный гранулированный шлак.
Предметом исследования являются гидратационные свойства доменного гранулированного шлака с учетом химико-минералогического состава, структуры, особенностей технологии обработки и вида модификатора.
Целью диссертационной работы является уточнение структуры и химико-минералогического состава доменного гранулированного шлака и изучение влияния гидротермальной обработки на формирование структуры искусственного камня.
В ходе работы выполнялись следующие задачи для реализации поставленной цели:
• Изучение и уточнение химико-минералогического состава доменного шлака;
• изучениеструктуры доменного шлака;
• исследование процессов структурообразования в результате
гидратации шлака в гидротермальных условиях и в присутствии модифицирующих добавок.
Актуальность научной работы. Одно из ведущих мест среди отходов промышленного производствапообъему выпуска занимают шлаки,
являющиеся побочным продуктом металлургического производства.
Следует подходить к использованию вторичных ресурсов с принципиальных, государственных позиций, а именно рассматривать их не как отходы производства, а как ценное сырье, источник расширения сырьевой базы промышленности.
В настоящее время в России используется не более 30% всех доменных шлаков. Остальные находятся в отвалах, загрязняя тем самым окружающую
среду, почву, подземные воды. Содержание шлаковых отвалов требует значительных затрат. Вместе с тем доменные шлаки обладают уникальными свойствами, рациональное использование которых позволит утилизировать 100% доменных шлаков, выпускаемых в металлургической
промышленности. При переработке доменных гранулированных шлаков мы не только получим материалы с рядом важных свойств, но и значительно снизим материало- и энергоемкость производства. В связи
свышеизложенным актуальность исследования несомненна.
Научная новизна работы.Установлены особенности формирования структуры искусственного камня на шлаковой основе при гидротермальной обработке и взаимосвязь между структурой шлака и видом модификатора.
По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
• в ходе выполнения работы были изучены и уточнены химический и
минералогический составы доменного шлака ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат». По данным изучения
элементногосостава исследуемый шлак относится к низкоосновным шлакам (Мосн=1,07).
• среди минеральных кристаллических фаз преобладает мелилит и мервинит. Содержание стеклофазы 85-90%.
• при гидротермальной обработке в образцах без добавки модификатора
по данным рентгеноструктурного анализа наблюдалось формирование низкоосновных гидросиликатов тоберморитовой группы. В составах с добавкой модификатора формировались, в основном, высокоосновные гидросиликаты кальция при гидролизе и гидратации мервинита. По данным электронной микроскопии наиболее однородная и
упорядоченная структура в образцах без добавок модификатора.
• изученный доменный гранулированный шлак обладает достаточной гидратационной активностью и не нуждается в воде дополнительных модификаторов для получения искусственного камня с достаточно однородной структурой и как следствие хорошими эксплуатационными показателями.
