Разработка инновационных материалов на основе промышленных отходов Казахстана

Скачать магистерскую диссертацию на тему: "Разработка инновационных материалов на основе промышленных отходов Казахстана". В которой разработана технология дорожно-строительного шлакового состава на основе экспериментальных исследований.
Author image
Denis
Тип
Магистерская диссертация
Дата загрузки
27.01.2025
Объем файла
10039 Кб
Количество страниц
70
Уникальность
Неизвестно
Стоимость работы:
Бесплатно
Заказать написание авторской работы с гарантией

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы: Процесс строительства, реконструкции и ремонт автодорог связано с большим материалопотреблением, следствием чего является большое ресурсопотребления. Выполнение данной задачи может быть достигнуто путем замены традиционных материалов оснований дорог промышленными отходами Республики Казахстан: доменного шлака Карагандинского металлургического комбината АО «АрселорМиттал Темиртау», отходы переработки кремнезема, красный шлам обогащения боксита Павлодарского алюминиевого завода и отходами производства извести и грунт, которые используются в различных соотношениях для укрепления широко распространённого природного суглинка Казахстана. Увеличение объема использования данных отходов производств и потребления в изготовлении дорожно-строительных материалов может способствовать снижению стоимости дорожно-строительных материалов для строительства автомобильных дорог и сохранения природных ресурсов.
Целью исследования является разработка состава и изучение свойств четырехкомпонентных материалов на основе промышленных отходов Казахстана для получение дорожных оснований.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучение перспективных технологий автодорожного строительства, материалов дорожных оснований;

СОДЕРЖАНИЕ

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ 8

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 10

ВВЕДЕНИЕ  10

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 12

1.1 Современные перспективы применения отходов промышленных предприятий в качестве строительных материалов 12

1.2 Анализ применения промышленных отходов в качестве компонентов дорожно-строительных материалов 14

1.2.1 Отходы производства алюминия. Красный шлам 14

1.2.1.1 Производства красного шлама 15

1.2.1.2 Утилизация и переработка отходов красного шлама 17

1.2.1.3 Применение красного шлама для строительства дорожных оснований 18

1.2.2 Отходы металлургического производства. Шлаки черной металлургии 21

1.2.2.1 Образование шлаков черной металлургии 22

1.2.2.2 Утилизация и использование доменного и сталеплавильного шлаков в дорожном строительстве 24

1.2.3 Отходы производства извести 28

1.2.3.1 Образование отходов производства извести 29

1.2.3.2 Утилизация и использование отходов производства извести для стабилизации почвы в дорожном строительстве 30

2 МЕТОДОЛОГИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 33

2.1 Методология исследования 33

2.2 Методы исследований 34

2.2.1 Методы исследований физических свойств образцов 34

2.2.2 Методы исследований физико-химических процессов формирования структур разработанных материалов 35

3 ХАРАКТЕРИСТИКА ИСПОЛЬЗУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ 38

3.1 Характеристика красного шлама Павлодарского алюминиевого завода 38

3.1.1 Гранулометрический состав красного шлама 38

3.1.2 Химический состав красного шлама 39

3.1.3 Минеральный состав красного шлама 40

3.2 Характеристика доменного шлака Карагандинского Металлургического Комбината…………………………………………………………………………..43

3.2.1 Гранулометрический состав доменного шлака 43

3.2.2 Химический состав доменного шлака 44

3.2.3 Минеральный состав доменного шлака 44

3.3 Характеристика отходов производства извести 47

3.4 Характеристика укрепляемого природного суглинка 49

4 ИЗУЧЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ФИЗИКА-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ В ПРОЦЕССЕ ГИДРАТАЦИИ 53

4.1 Укрепление грунта активированным доменным шлаком и красным шламом 53 

4.1.1 Требования СТ РК 973–94 к свойствам грунтов, укреплённых зола-шлаковыми вяжущими 53

4.1.2 Прочность грунта, укреплённого активированным конвертерным доменным шлаком и красным шламом 54

4.1.3 Водо- и морозостойкость грунта, укреплённого активированным доменным шлаком и красным шламом 56

4.1.4 Линейное расширение образцов грунта, укреплённого активированным доменным шлаком и красным шламом 59

4.1.5 Содержание карбонатов образцов грунта, укреплённого активированным доменным шлаком и красным шламом 61

5 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛОВ 64

5.1 Процессы формирования структуры материалов из четырех компонентов (суглинок-доменный шлак-красный шлам–известь) 64

5.1.1 Изменение минерального состава образцов суглинка, укреплённого активированным доменным шлаком и красным шламом 64

5.1.2 Определение изменения карбонатности образцов суглинка, укреплённого активированным доменным шлаком и красным шламом 66

5.1.3 Анализ рН материалов образцов суглинка, укрепленного активированным доменным шлаком и красным шламом 67

5.1.4 Микроструктура образцов четырехкомпонентной системы 68

5.2 Механизм образования продуктов гидратации 69

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .72

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 73

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Снуриков А.П. Комплексное использование сырья в цветной металлургии. - М.: Металлургия, 1986. - С.120-125.2 Евгеньев И.Е. Автомобильные дороги в окружающей среде. - М.: Трансдорнаука, 1997. - С. 88-122.
3 Li, C., H.Sun, L.Li A review: The comparison between alkali-activated slag (Si+Ca) and metakaolin (Si+Al) cements // Cement and Concrete Research.- 2010. - № 40(9). - P. 1341-1349.
4 Roy D.M. Alkali-activated cements Opportunities and challenges // Cement and Concrete Research. - 1999.- № 29(2). - P. 249-254.
5 Абрамов В. Я. Физико-химические основы комплексной переработки алюминиевого сырья. - М.: Металлургия, 1985. - С. 123-137.
6. Sabnis G. M. Green Building with Concrete: Sustainable Design and Construction, Second Edition. - Broken Sound Parkway NW: Taylor and Francis Group, 2015. - 431 p.
7 Oge M., Ozkan D., Celik M. B., Sabri Gok M., and Cahit Karaoglanli A. An Overview of Utilization of Blast Furnace and Steelmaking Slag in Various Applications // Materials Today: Proceedings. -2019. - Vol. 11. - P. 516-525.
8 Evans K. The History, Challenges, and New Developments in the Management and Use of Bauxite Residue // Journal of Sustainable Metallurgy. - 2019. - Vol. 2. - No. 4.- P. 316-331.
9 Kumar A., Saravanan T. J., Bisht K., and K. I. S. A. Kabeer A review on the utilization of red mud for the production of geopolymer and alkali activated concrete // Construction and Building Materials. - 2021. - Vol. 302. - P. 1-28.
10 T. I. A. Institute Sustainable Bauxite Residue Management Guidance [электронный ресурс]. URL: https://international-aluminium.org2023.
11 Wang L., Sun N., Tang H., and Sun W. A Review on Comprehensive Utilization of Red Mud // Minerals. - 2019. - Vol. 9. - No. 6. - P. 1-19.
12 Реут, Ж. В., Ходан Е. П. Строительство дорожной одежды капитального типа: учебно-методическое пособие для студентов специальности 1–70 03 01 «Автомобильные дороги». - Минск: БНТУ, 2020. - 85 с.
13 Rai S,

Сталеплавильный шлак содержит металлургические включения, которые затрудняют переработку. Они могут быть утилизированы путем дробления и сортировки с последующей магнитной сепарацией. Многие развитые страны начали применять этот подход ранее. Однако этот способ имеет ряд недостатков, которые могут затруднить работу установок, таких как низкая рентабельность, трудности с разделением отвалов до требуемого размера и повышенный износ используемого оборудования. Применение шлаков тесно связано с их техническими свойствами.
В развитых странах 75-80 % шлаки повторно используется в различных областях. Например, в Китае сталеплавильный шлак в основном используется в цементной промышленности. В Японии и Австралии его используют для строительства автомобильных дорог, а в Южной Корее его обрабатывают спеканием. В Европе шлак используется в качестве удобрения и для улучшения минерального состава почвы [41].
Доменный шлак может содержать остаточную извес