Композиционное вяжущее с использованием кремнистых пород Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

2009, № 1

Вестник БГТУим. В. Г. Шухова

[email protected] Лесовик B.C., д-р техн. наук, проф.,

Строкова B.B., д-р техн. наук, проф., Кривенкова А.Н., инж., Ходыкин Е.И., канд. техн. наук, докторант Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

КОМПОЗИЦИОННОЕ ВЯЖУЩЕЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КРЕМНИСТЫХ ПОРОД

О возможности использования кремнистых пород в разработке новых видов композиционных вяжущих.

В настоящее время в России в связи с реализацией национального проекта «Доступное и комфортное жильё гражданам России» происходит динамическое развитие жилищного и промышленного строительства. Это требует существенного расширения номенклатуры строительных материалов, повышения их эффективности, снижение себестоимости.

Основной конструкционной материал XXI века -бетон, занимает лидирующее положение на строительном рынке. Его роль при возведении зданий и сооружений из монолитного, сборно-монолитного и сборного железобетона возрастает адекватно освоению компонентов и бетонов нового поколения.

Получение высокоэффективных вяжущих веществ нового поколения сегодня сопровождается использованием сложных составов с применением как природно-

го, так и техногенного сырья. Одним из видов активных минеральных добавок являются кремнистые горные породы. В данной работе исследовались попутнодобывае-мые опоки, попадающие в зону горных работ в карьерах Коркинского угольного бассейна Урала. Для сравнения изучали отсев дробления кварцитопесчаника Лебединского месторождения КМА и песок Нижне-Ольшанского карьера Белгородской области. Химический состав опоки приведён в табл. 1.

Себестоимость производства вяжущих во многом определяется размалываемостью компонентов, используемых для их производства. До 10% всей вырабатываемой электроэнергии тратится на разрушение, дробление и измельчение. А энергоемкость сверхтонкого помола составляет почти 3600 Дж/г.

Учитывая то, что в исходном состоянии эти матери-

Таблица 1

Химический состав изучаемого сырья

Вид материала Соединение, содержание, %

SiO2 AI2O3 Fe2O3 FeO MgO TiC>2 SO2 CaO R2O P2C5 SO3 П.П.П. Активный кремнезем

Опока Челябинского месторождения 80,96 7,33 4,95 - 0,76 - следы 1,30 - - - 4,62 14,22

Песок Нижне-Ольшанский 92,40 2,36 0,77 - 0,20 - - 1,88 0,39 - следы 1,95 -

Кварцигопесчаник Лебединского месторождения 94,56 2,18 0,56 0,36 0,87 0,17 - 0,34 - 0,05 - 0,42 -

Кинетика помола компонентов в зависимости от состава

Таблица 2

Материал м Удельная поверхность, 2/кг при времени помола, мин

0 30 60 90

Опока 170 698 1319 1760

Кварцитопесчанник (КВП) 170 400 625 740

Нижне-Ольшанский песок (НОП) 170 390 565 660

Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова

2009, № 1

О 100 200 300 400 500 600 700 800 500

О 5 10 15 20 25 30

Рис.1 Зависимость прочностных характеристик от времени и температуры обжига: Д - Предел прочности при сжатии композиционного вяжущего в зависимости от времени обжига (600 0С), ^ | - Предел прочности при сжатии композиционного вяжущего в зависимости от температуры обжига (20 мин), 0С; Д - Предел прочности при сжатии тонкомолотого цемента в зависимости от времени твердения, сут.

алы имеют различную гранулометрию, кварцитопес-чанник и песок измельчался до удельной поверхности опоки, то есть до 170 м2/кг, а затем определяли их раз-малываемость в лабораторной фарфоровой мельнице (табл. 2).

Установлено, что опока отличается наибольшей раз-малываемостью, удельная поверхность которой увеличивается за 90 минут в 10 раз. Это объясняется тем, что опока состоит в основном из частиц опала, а предел прочности контактной зоны значительно ниже, чем проч-

ность кристаллов кварца. Размалываемость кварцито-песчаника несколько хуже (табл.2) за 90 минут удельная поверхность уменьшилась в 4 раза. Нижне-Ольшанский песок за 90 минут увеличил удельную поверхность в 3 раза, это объясняется тем, что предел прочности контактной зоны между кластерами Нижне-Ольшанского песка выше, чем у кварцитопесчаника и опоки, т.о. энергоёмкость помола кремнезёмсодержащих компонентов вяжущих снижается в ряду: Нижне-Ольшанский песок ^ кварцитопесчаник ^ опока.

Рис. 2. Рентгенограмма цементного камня

2009, N 1

Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова

16.0 24.0 32.0 40.0

Рис. 3. Рентгенограмма цементного камня с добавкой

Введение в состав композиционного вяжущего до 25% опоки не приводит к снижению активного цементного камня. Дальнейшее увеличение количества вводимой добавки снижает предельную прочность при сжатии из-за высокой водопотребности кремнистых пород.

В целях экономии цемента и повышения эффективности композиционного вяжущего были проведены исследования по определению оптимальных добавок тонкомолотой термоактивированной опоки.

Изучена кинетика активности композиционного вяжущего с использованием опоки Коркинского месторождения от времени обжига (от 20 мин до 2 часов) при постоянной температуре 600°С.

Установлено, что оптимальное время термообработки составляет 20 минут. При этом предел прочности при сжатии увеличивается на 40%. Оптимальная температура термообработки составляет 500°С (рис. 1).

В качестве вяжущего использовался цемент ЦЕМ I ГОСТ 31108-2003 производства ЗАО «Белгородский цемент» (рис. 2).

Повышение эффективности вяжущего при введении термообработанной опоки объясняется оптимизацией процесса структурообразования, термообработанные опаловидные составляющие выполняют роль как подложки в процессе структурообразования, так и активного составляющего (рис. 3).

Выделяющийся в процессе гидратации клинкерных минералов Са(ОН)2 связывается активным кремнезёмом с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция, отличающимся по габитусу кристаллов основной матрицы.

Анализируя результаты научных исследований можно сделать следующие выводы:

- применение композиционного вяжущего на основе кремнистых пород позволяет сократить расход цемента. Но прочностные показатели свидетельствуют о том, что оптимальным содержанием кремнистой породы в композиционном вяжущем является 20%, при этом предел прочности при сжатии соответствует активности цемента.

- доказано, что применение термообработанных кремнистых пород при 500 °С в течение 20 мин. повышает их активность. При этом предел прочности при сжатии композиционного вяжущего возрастает на 40%, при замене 25 % клинкерного составляющего.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лесовик, В.С. Повышение эффективности производства строительных материалов с учётом генезиса горных пород. // В.С. Лесовик. - Москва, 2006. - 525 с.

2. Хуснуллин, М.Ш. Эффективные строительные материалы и технологии для строительства доступного и комфортного жилья / М.Ш. Хуснуллин, Б.П. Тарасевич // Строительные материалы. - М. 2006. - №2. - с.36-38.

3. Ходыкин, Е.И. Отходы углеобогащения Коркинского разреза в производстве цемента // Е.И. Ходыкин. - Белгород: БелГТАСМ, 2004.- 77 с.