22 февраля 2016г.
По области применения сухие строительные смеси подразделяют на три основные группы: общестроительные, специальные строительные, нестроительные. Особое место в этой классификации занимают общестроительные (конструкционные, отделочные смеси), в частности смеси для устройства полов. Наливные полы являются одним из самых сложных и чувствительных к колебаниям качества сырья видов сухих смесей. Главными критериями хорошего качества являются: достаточное, но не слишком продолжительное время растекания массы; отсутствие или хотя бы минимальные величины усадки или расширения массы; отсутствие седиментации (расслоения) крупных и мелких фракций; создание условий для равномерного удаления остаточной воды; отсутствие трещин при отвердевании массы; незначительное количество пены.
Для получения сухих строительных смесей для устройства стяжек использовались следующие материалы: разработанное ранее композиционное вяжущее [1-3] в качестве вяжущего; отходы флотационного обогащения железных руд фракции 0…0,315 мм в качестве минерального наполнителя; отходы флотационного обогащения железных руд фракции 0,5…0,9 мм в качестве мелкого заполнителя; отходы флотационного обогащения железных руд фракции 2…5 мм в качестве крупного заполнителя.
Разработанное ранее композиционное вяжущее вещество было получено совместным помолом (30 мин) в вибрационной мельнице портландцемента марки ЦЕМ I 42,5 H, ОАО и отходов флотационного обогащения железных руд, и последующим введением комплекса тщательно подобранных химических добавок. Подбор оптимальных составов сухих смесей и исследование влияния отдельных компонентов на технологические и физико - механические свойства получаемых на их основе растворов осуществлялось методом математического планирования эксперимента. Крупный заполнитель (отход флотационного обогащения железных руд фракции 2…5 мм) вводился во все смеси в количестве 10 %. В качестве факторов варьирования были приняты расходы композиционного вяжущего, отходов флотационного обогащения железных руд фракций 0…0,315мм и 0,5…0,9 мм. В соответствии с матрицей планирования были рассчитаны 17 составов сухих строительных смесей для эксперимента, содержащих цемент типа ЦЕМ І 42,5 Н, отход флотационного обогащения железных руд фракции 0…0,315мм, отход флотационного обогащения железных руд фракции 0,5…0,9мм, а так же отход флотационного обогащения железных руд фракции 2…5 мм в количестве 10 % во всех составах. Выходными параметрами для подбора оптимального состава служили средняя плотность и средняя прочность на сжатие.
Было заформовано 17 серий образцов, которые выдерживались в нормальных условиях твердения в течение 28 суток, после чего были определены их физико-механические характеристики.
После статистической обработки результатов экспериментов получены математические модели изменения физико-механических свойств растворов для устройства стяжек:
Анализ влияния исследуемых факторов на среднюю плотность раствора согласно уравнения регрессии представлены на (Рисунок 1,а). Оптимальным является состав, содержащий около 20% наполнителя.
Комплексное влияние исследуемых факторов
на среднюю плотность раствора по уравнению
регрессии анализировалось по номограмме (Рисунок 1,а). Номограмма позволяет оптимизировать технологический процесс и эффективно им управлять. При использовании номограммы можно поддерживать на заданном
уровне выходной параметр, изменяя соответствующим образом факторы, входящие в уравнение регрессии.
Таким образом, меняя соотношение компонентов сухой смеси, можно обеспечить требуемую плотность
раствора при оптимальном соотношении
компонентов смеси.
Уравнение регрессии прочности
раствора на сжатие имеет вид:
Комплексное влияние исследуемых факторов
на среднюю прочность раствора
по уравнению регрессии анализировалось по номограмме (Рисунок
1,б). Содержание наполнителя в количестве около 20% обеспечивает максимальную
прочность при оптимальных параметрах.
Выявленные закономерности изменения свойств
растворов для наливных
полов на основе полученных математических зависимостей и их графические интерпретации позволяют дать количественную и качественную оценку влияния
каждого фактора в отдельности, а также в их совокупности на изменение
системы «состав- свойства» и рекомендуются для расчета
производственных рецептур
сухих смесей и прогнозирования их физико- механических свойств.
В результате анализа
экспериментальных данных (Рисунок
1,а. и 1,б.) определены оптимальные дозировки минеральных компонентов смеси: вяжущего (композиционного вяжущего)– 27±1%,наполнителя (отхода флотационного обогащения железных
руд фракции 0…0,315мм) – 18±1 %, мелкого заполнителя (отхода флотационного обогащения железных руд фракции и фракции 0,5…0,9
мм) – 35±1 % и крупного
заполнителя (отхода флотационного обогащения железных руд фракции 2…5 мм – 10±1%.
Затвердевший раствор
для наливных полов на
основе этой рецептуры
имеет выходные параметры: плотность
– 2220 кг/м3, прочность при сжатии – 18,69 МПа.
Разработанный оптимальный состав сухой смеси для самовыравнивающихся напольных
покрытий испытаны
в соответствии с требованиями ГОСТ 31356-2007, ГОСТ 5802-86.
Результаты физико-механических испытаний смеси приведены в Табл.1 и соответствуют требованиям ГОСТ 31357-2007 и ГОСТ 31358-2007.
|
|
|
Значение показателя
|
бования
|
|
|
Наименование показателей Результаты
испытаний
|
ГОСТ 31357-2007,
ГОСТ 31358-2007
|
Обозначения
|
|
1 Качество смеси
в сухом состоянии
|
|
1.1. Влажность, %
|
0,2
|
|
|
0,3
|
|
|
1.2.Наибольшая крупность зерен заполнения, Днаиб, мм
|
0,5-0,9
|
|
Не более 5
|
|
|
1.3.Содержание зерен наибольшей крупности,
%
|
5
|
|
Не более 5
|
|
|
2 Качество смеси,
готовность к употреблению
|
|
2.1.Подвижность, расплыв
кольца, см
|
17,5
|
|
15-18
|
РкЗ
|
|
2.2.Сохраняемость первоначальной подвижности, мин
|
45
|
|
|
45
|
|
|
2.3.Водоудерживающая способность,
%
|
99
|
|
Не менее
90
|
|
|
3 Качество затвердевшего раствора
|
|
3.1.Прочность на сжатия,
МПа
|
25,4
|
|
Не ниже В15
(М200)
|
|
|
3.2.Водопоглощение, %
|
14
|
|
|
15
|
|
|
3.3.Прочность сцепления с основанием, МПа
|
0,9
|
|
Не менее
0,6
|
|
|
3.4.Истираемость, см3
|
2,0
|
|
Не более 12
|
класс-А12
|
|
3.5.Деформации усадки, мм/м
|
0,7
|
|
Не более 1,0
|
|
Таким образом, в результате проведенных исследований разработаны и предложены рациональные составы сухих строительных смесей для самовыравнивающихся напольных покрытий с использованием в составе техногенного сырья – отходов флотационного обогащения
хвостов мокрой магнитной
сепарации железных руд в качестве минерального наполнителя, крупного и мелкого заполнителей. Разработанное композиционное вяжущее вещество, используемое для приготовления сухих напольных смесей,
содержит в своем составе отходы флотационного обогащения хвостов мокрой магнитной
сепарации железных руд. Использование значительных объемов отходов
горнорудной промышленности в составах сухих строительных смесей
- одно из наиболее рациональных путей их. Установлено, что физико-механические показатели напольных
покрытий отвечают нормативным требованиям, что позволяет
рекомендовать разработанные составы для апробирования в промышленных условиях.
Список литературы
1.
Шаповалов, Н.А. Микроструктура продуктов гидратации цемента, содержащего отходы флотационного обогащения
железных руд/ Н.А.
Шаповалов, Л.Х. Загороднюк, А.Ю. Щекина, М.С. Агеева// Вестник БГТУ им. Шухова. – 2013. №5.- С. 57-63.
2. Шаповалов, Н.А. Исследование возможности использования отходов флотации
железных руд для получения смешанных
цементов/ Н.А. Шаповалов,
Л.Х. Загороднюк, И.В. Тикунова,
А.Ю. Щекина, О.И. Ширяев, А.А. Крайний, Д.Ю. Попов, А.И. Городов// Фундаментальные исследования. - 2013, №10 (часть 8). - С. 1718-1723.
3.
Shapovalov, N.A.Enriched
Waste Products of Neon-Ferrous Oxidised Quartzites-A Mineral Cement Mixtures Storage/ N.A. Shapovalov, L.H. Zagorodnuyk, A.Y. Shchekina // World Applied Sciences
Journal. 2013.Т.25.№3. С.529-535.
