Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Июня 2014 в 20:09, реферат
Создание предприятий, производящих строительные материалы, изделия и конструкции по энерго- и ресурсосберегающим технологиям, –ключевая задача модернизации строительной отрасли. С учетом того, что строительная индустрия является одной из наиболее ресурсоемких отраслей, разработка технологий, позволяющих использовать промышленные отходы в качестве сырья для производства строительных материалов, – одна из наиболее важных задач развития инновационной экономики.
формирования промышленности, когда человечество не испытывало острого дефицита природных ресурсов, а главной проблемой было наращивание объема производства. В истории развития промышленности можно найти много примеров, когда интенсивный рост производства наносил катастрофический вред не только природе, но и человеку, так как разрушал среду его обитания, отравляя воздух и воду.
Миллиметровый зазор или слой строительного раствора (в действительности гипсовый слой) между блоками бетона служил отделению последних друг от друга. Если бы вся пирамида была вылита как монолит, термически обусловленные напряжения в теле пирамиды нельзя было бы нейтрализовать. А разделенные таким образом блоки могут взаимно передвигаться, что позволяет избегать трещин внутри блоков. При этом известковый слой сжимается, но блоки остаются целыми. В отдельных случаях зазор не содержит гипсового слоя, а возник просто потому, что на боковой на поверхности уже залитого блока строители оставляли при литье следующего блока плетеные растительные циновки (например, изготовленные из папируса), которыми оберегали деревянную или иную опалубку от ее схватывания бетоном. Со временем микробы уничтожили эти циновки и между соседними блоками остался миллиметровый зазор. Той же цели служат и слои песка, обнаруженные под блоками: они позволяли защищать один слой от термических напряжений, возникших в соседнем слое блоков. Не исключено, что и слой песка тоже устилался циновками для того, чтобы между блоками двух слоев оставался зазор. Построение пирамид из не сцементированных друг с другом блоков позволяло также снимать гигантские гравитационные напряжения, которые иначе могли бы привести к дроблению блоков и постепенному разрушению пирамиды.
Но есть и затруднительные моменты в этой теории.
Великая пирамида весит 6-7 миллионов тонн. При строительстве в течение 20 лет по методу Давидовица нужно ежедневно размалывать в порошок почти тысячу тонн известняка. Производительность современного горнорудного комбината! И это – примитивными инструментами типа каменной кирки, долота и кувалды! А далее – замешивать, поднимать, разливать в формы (которые тоже надо готовить). Так в чем состоит облегчение работ? Даже снимая проблему подъема громадных блоков на высоту (и то не полностью, так как вопрос с гранитными блоками так и не решен) теория геополимерных блоков известняка задает другую проблему – производство посредством ручного труда неимоверного количества исходных материалов для изготовления геополимеров. И еще спорный вопрос: какую из проблем разрешить труднее.
Сакуйи Йошимура из университета Васеда в Токио, приехавший по приглашению в Гизу, провел дополнительное сканирование тела пирамиды аппаратурой, действующей направленными электромагнитными импульсами, которые вырисовывали на экране контур предметов, скрытых несколькими метрами толщи. Разрешающая способность аппаратуры позволяла зафиксировать лишь сам факт наличия в открытых нишах инородных тел. Были более четко определены масштабы и формы пустот.Как показывают фотографии из книг Давидовица, порой встречаются стыки двух соседних блоков, которые имеют форму волнистой линии весьма нерегулярного свойства. Как можно было изготовить в каменоломне второй блок, грань которого в точности повторяла бы все выступы и впадины неровной поверхности первого блока?
Египтологи считают, что гигантская пирамида “Хеопса” была построена в период “четвертой” династии (из аккуратных больших точно пригнанных блоков), а уже следующая династия строила небольшие пирамиды. Некоторые из них – это примитивнейшие пирамиды из грубо вырубленных в каменоломнях блоков нерегулярного размера, которые никак не соединялись друг с другом и не пригонялись один к другому. Этот стиль строительства можно назвать примитивно-мегалитическим.
Еще один хронологический
парадокс: египтяне Древнего Царства,
в распоряжении которых были
только примитивные, в основном
каменные, орудия труда, строили
пирамиды якобы из
Однако в случае применения технологии бетонирования объяснение обвальному уменьшению объемом пирамид легко найти: истощение месторождений цементирующих добавок. В качестве таковых использовались негашеная известь и сода (она же натр или углекислый натрий). Немецкий геохимик Д. Д. Клетт, проводивший подробные исследования залежей полезных ископаемых и древних построек в Египте в конце 80-х – начале 90-х годов ХХ в., пришел к выводу, что запасы негашеной извести были истощены в конце “пятой” династии, так что в Египте в это время практически исчез строительный раствор, содержащий известь. Дело в том, что сода встречается в Египте в виде минеральных отложений, а известью Египет крайне беден и для добычи оной использовалась зола из печей, в которых египтяне пекли хлеб. По всей стране проводился ее сбор с целью доставки к строительным площадкам пирамид и в образцах из блоков пирамид 3-5 династий (но не 6-й династии) найдены не только сода, но и негашеная известь. А без извести прочных бетонных блоков большого размера производить не удавалось. Природные запасы необожженной извести в Египте ничтожно малы, а использование обожженной, как считают, началось лишь в эпоху Птолемеев. Клетт считает, что исчезновение извести было связано с длительным голодом в Египте, очевидно, в результате засухи или неурожаев, вызванных экологической катастрофой из-за интенсивной эксплуатации полей и сжигания соломы. Не исключено, что именно строительство пирамид привело к экологической катастрофе и голоду в Египте, ибо необходимые полям в качестве удобрений солома и зола использовались для получения извести[5].
Анализируя данные факты, могу предположить, что при строительстве пирамид использовались каменные блоки в сочетании с геополимерным бетоном.
2. ГЕОПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИЗ
ГОРНЫХ ПОРД, АКТИВИЗИРОВАННЫЕ МАЛЫМИ
ДОБАВКАМИ ШЛАКА И ЩЕЛОЧЕЙ
В последнее десятилетие разработаны минерально-шлаковые вяжущие, активируемые малыми добавками щелочей, содержание шлака в которых составляет 40—60%, а массовая доля щелочей не превышает 2—3% [6—9].
Результаты последних исследований позволили выявить ряд горных пород осадочного происхождения, которые под действием малых добавок шлака, не превышающих 20%, и низких количеств щелочей NaОН или КОН, способны к формированию контактно-метасоматических структур [9, 10].
На свойства силицитового геополимерного камня оказывают влияние химико-минералогический и фазовый состав песчаника, тонина его помола, вид и количество химических добавок — активаторов процесса твердения, а также вид, дисперсность*, активность и количественное содержание минеральных добавок-модификаторов.
К числу основных факторов, определяющих прочность получаемого материала, относится, в частности, прочность каркаса из кремнеземистого компонента, сцементированного гелем кремневой кислоты. На прочность каркаса оказывают влияние прочностные свойства нерастворимых гидросиликатных новообразований. –[11]
Прочность силицитового геополимерного камня также зависит от плотности и пористости, на величину которых влияет гранулометрический состав исходного компонента — песчаника, степень и способ уплотнения смеси, содержание в ней воды. Уменьшение пористости достигается ограниченным содержанием воды, а также оптимальными режимами прессования.
Определенную роль в формировании прочности силицитового геополимерного камня играет его морфология, зависящая от условий твердения. Оптимизация режимов тепловой обработки (ТО) является важным фактором формирования структуры силицитового вяжущего. Причиной снижения прочности может быть применение нерациональных режимов тепловой обработки, вызывающих возникновение дефектов структуры в процессе кристаллизации из-за действия значительных внутренних напряжений. Они возникают при значительных температурных и влажностных перепадах внутри материала. Кроме того, внутренние напряжения возникают в процессе температурного и влажностного деформирования на границе зон, коэффициент температурного расширения и модуль упругости которых различны. Поэтому особое внимание необходимо обратить на повышение степени однородности структуры силицитового геополимерного камня, что достигается качественным перемешиванием компонентов исходной смеси.
Принципиальная технологическая схема производства прессованного безобжигового материала включает подготовку сырьевых материалов, помол, перемешивание компонентов, прессование и тепловую обработку изделий. Помол песчаника может производиться как отдельно, так и совместно со специальными добавками-модификаторами[12].
Повышенные показатели -прочности имеют вибропрессованные образцы или образцы, отформованные при силовом прессовании под давлением 5—25 МПа. Особенностью новых вяжущих и композиционных материалов на их основе является способность многократного повышения прочности в условиях термической активации при температуре 150—350°С.
Номенклатура минеральношлаковых вяжущих расширилась за счет использования полевошпатовых, силицитовых, глауконитовых пород, самостоятельно не твердеющих при малых количествах щелочи. Вяжущие на их основе в большей степени подвержены упрочнению при низкотемпературной термической активации, нежели карбонатно-шлаковые.
Оценка степени термохимического упрочнения осуществлялась на образцах, изготовленных из гравелито-шлакового вяжущего. В качестве основного компонента вяжущего применялись гравий (полевошпатово-кварцевый гравелит), отсеянный от песчаной фракции и размолотый до удельной поверхности Sуд = 630 м2/кг, и гранулированный липецкий шлак, измельченный до Sуд = 340 м2/кг.
Массовое соотношение между шлаком и гравелитом составляло 1:9, массовая доля щелочи составляла 2%, водотвердое отношение равнялось 0,14. Прессование образцов-кубов с размерами 30x30x30 мм осуществлялось из смеси с формовочной влажностью 14% при удельном давлении прессования 25 МПа. После 28-суточного твердения в нормальных условиях образцы подвергались сухому прогреву при температуре изотермической выдержки 150, 250, 350°С по режиму 2+5+3 (подъем—выдержка—остывание). Полученные образцы имели следующие характеристики.
Прочность в 28-суточном возрасте, МПа..............21,8
Плотность в 28-суточном возрасте, кг/м3.............1987
Прочность после прогрева, МПа
при 150°С.........................
при 250°С.........................
при 300°С.........................
Плотность после прогрева, кг/м3
при 150°С ..............................
при 250°С.........................
при 350°С ..............................
Потеря массы образцов в пересчете на абсолютно сухое вещество составила, %: 0; 0,16; 1,5 после прогрева при 150, 250 и 350°С соответственно.
Как следует из данных, приведенных выше, гидратное твердение в течение 28 суток позволило получить невысокие прочностные показатели. Аналогичные значения прочности имели минерально-шлаковые вяжущие, в которых содержалось 10% шлака и 90% молотого глауконитового песчаника. Образование минеральных связок между частицами породы происходит в результате диффузионного перемещения продуктов гидратации шлака в ионной форме и взаимодействия их с продуктами гидроксилирования поверхности гравелитовых частиц щелочью NаОН. Этот процесс образования связки, по нашему мнению, аналогичен метасоматическому микроповерхностному земещению отдельных минеральных образований у горных пород. Наличие большого числа контактов между частицами горной породы, ионов шлакового вяжущего и щелочи способствует образованию щелочных контактно-метасоматических композитов.
Термическая обработка образцов с прочностью 21,8 МПа повышает их прочность в 4,3; 4,7 и в 5,4 раза при температурах изотермической выдержки 150, 250 и 350°С соответственно. Важно, что такие значения прочности получены у образцов с невысокой средней плотностью. Истинная плотность затвердевшего вяжущего, прогретого при температурах 250 и 350°С, оказалась соответственно 2520 и 2485 кг/м3, а его пористость 28,7 и 29%.
Важно выявить механизм микроповерхностного синтеза вяжущего вещества на частицах гравелитовых, глауконитовых и силицитовых пород в присутствии ионов шлака и щелочи с целью получения высокой прочности при достаточно мягком термическом воздействии. Как следует из приведенных данных, уже при температуре 150°С прочность возрастает четырехкратно. Если принять во внимание повышение концентрации щелочи при испарении воды, низкую температуру плавления NаОН (t пл = 320°С) и ее низшего гидрата NаОН*Н20 (t пл - 64,3°С), то становится понятным активирующее действие горячей щелочи и ее высокомолярных растворов. Можно полагать, что, начиная с температуры 105—110°С и до температуры 150°С (предельная растворимостьNaОН в воде 3370 г/л) высокомолярный кипящий раствор щелочи начинает растворять поверхностные реликты отдельных минералов полевошпатовой породы. Диффузия ионов шлакового вещества в контактные зоны частиц с наименьшей кривизной менисков жидкости способствует зарождению предшественников новой фазы из продуктов реакции ионов шлака и ионов породы, растворенных в щелочном раствореNaОН. С повышением температуры до 200—250°С могут образовываться эвтектические смеси с растворимыми веществами полевошпатовой породы и шлака, что понижает температуру плавления NaОН. Микрокапельки расплава инициируют процесс конденсации (спекания) продуктов реакции вследствие пересыщения раствора.
Такой механизм цементации частиц справедлив и для тех пород, которые в чистом виде не затвердевают в присутствии добавок щелочи NaОН ни в нормальных условиях, ни при последующем температурном воздействии (гравелиты, глаукониты, силициты и др.). Таким образом, шлак является необходимым и наиболее важным компонентом даже в таком минимальном количестве, которое не в состоянии выполнить функцию основного цементирующего вещества для получения высоких значений прочности материала. На основании топологических расчетов установлено, что шлаковые частицы не в состоянии образовать перколяционный каркас в структуре компо
зиционного вяжущего, когда матрица формируется из частиц минеральной породы.
Показательным для обоснования высокой инициирующей функции шлака является сравнение минерально-шлаковых и минерально-цементных композиций. Гравелито-цементные композиции с соотношением цемент:гравелит = 1:9 после 28 сут нормального твердения имели прочность при сжатии 32 МПа. После прогрева при 250°С их прочность возросла до 53 МПа, что практически в 2 раза ниже гравелито-шлаковых.