Композиционные материалы на основе наполнителей из горных пород и силикатосодержащих отходов

Введение
Побочным продуктом деятельности промышленных производств является загрязнение окружающей среды, накопление большого количества техногенных отходов. Это влечет за собой уменьшение продуктивных земельных площадей, загрязнение почвенных и водных ресурсов, обострение проблем экологии.
Для решения многих экологических проблем, можно использовать техногенные отходы путем их переработки для производства теплоизоляционных и строительных материалов.
Перечень решаемых задач:
▪ утилизация отходов и восстановление загрязненных земель;
▪ улучшение экологической обстановки в промышленных регионах в целом;
▪ экономия энергетических и сырьевых ресурсов и т.п.
От прочности контактного слоя цементного камня и интенсивности взаимодействия между компонентами композиции , зависит прочность сцепления армирующей компоненты и матрицы.
Цель исследований
Определение возможности использования чешуе подобного материала из горной породы и разного рода промышленных отходов в виде измельченного силикатного некондиционного материала и "корольков", в качестве армирующего компонента цементных композиций волокон диаметром более 70 мкм.
Объекты и методы исследований
Основными объектами исследований являются композиции на основе портландцементного связующего и наполнителя в виде волокон из горных пород диаметром (70 - 700) мкм, волокнистые отходы ("королька") и чешуе подобного силикатного материала.
В состав формуемых смесей дополнительно было введено до 10 % силикатосодержащих отходов в виде молотого некондиционного и поврежденного бетонного и минераловатного материала и изделий. В таблице 1 указан химический состав армирующих материалов.
Таблица 1 - Виды и химический состав армирующих материалов:
Микроструктура образцов определялась при помощи растрового электронного микроскопа TESLA-BS-300. Для анализа образца размером 10х10х10 мм, на поверхность напылялся слой золота толщиной 20-30 нм.
Для исследования использовались классические методы, в соответствии с ГОСТ, ГСТУ, ТУ.
Основная часть
По взаимодействию с насыщенным раствором Са(ОН)2, а также с жидкой фазой твердеющего портландцемента была определена коррозионная устойчивость волокнистых и чешуе подобных наполнителей.
При использовании в качестве материала матрицы портландцемента, процесс взаимодействия новообразований твердеющего вяжущего с армирующей компонентой обусловлен химическим взаимодействием Ca(OH)2 с поверхностью наполнителя. В результате процесса снижается количество свободной извести и увеличивается количество гидросиликата в составе новообразования.
Активная реакция наполнителей с портландитом твердеющего цементного камня подтверждается результатами электронно-микроскопического исследования микроструктуры сформованных образцов (рисунок 1).
Рисунок 1 – Микроструктура композитов на основе цементного вяжущего и различных наполнителей: а - чешуе подобных, б - волокнистых ("королька")
Увеличение уровня прочности композиции, включающей волокна, чешую, волокнистые отходы достигается при оптимальных условиях твердения портландцемента.
Кристаллические группы неправильной формы, сросшиеся между собой, формируют микроструктуру композита на основе портландцемента и чешуе подобного материала. Наблюдаются поры размером до 120 мкм вытянутой и округлой формы, некоторые достигают 300 мкм. Между отдельными порами имеются перегородки толщиной до 5 мкм.
Материалы на основе портландцемента и волокнистого наполнителя ("королька") состоят из микрозернистых кристаллитов неправильной формы и имеют пористую структуру. Размеры кристаллов достигают 0,5–20 мкм. В больших порах наблюдаются новообразования значительно большего размера, нежели структура основного материала. Зона контакта между волокнами и материалом матрицы сплошная.
Результаты исследований прочности полученных композиций представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Прочность композитов на основе волокнистых, чешуе подобных наполнителей, базальтовых волокон и отходов ("королек")
В цементной матрице при объемно произвольном армировании и обычном способе смешивания количество волокнистого и чешуе подобного наполнителя находилась в пределах 1-25 %. На рисунке 2 представлены образцы полученных материалов.
Заключение
Проведенные исследования показывают на возможность и целесообразность применения в дорожном строительстве( тротуарная плитка, бортовой камень, бордюры и т.д.) разного рода силикатосодержащих отходов при изготовлении дисперсноармированных композиций на основе цементных вяжущих. Для получения сырья при производстве эффективных строительных материалов можно использовать вторичные продукты из источников и хранилищ а техногенных отходов производств. Этим можно добиться снижения стоимости готовых материалов в 2-3 раза, повысить их качество и заодно улучшить экологическое состояние окружающей среды.

Комментарии закрыты.