CC BY
37
ШЕСТОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УКЛАД: МЕХАНИЗМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
13-14 ноября 2015 г.
УДК 666.973
НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЦЕОЛИТОВОГО ТУФА ЛЮЛЬИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ХМАО-ЮГРЫ В СОСТАВЕ
СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ
Т. Н. Смородинова, М. К. Котванова
На сегодняшний день цеолиты применяются в качестве активных минеральных добавок к строительным смесям для производства высокопрочных бетонов, гидравлических цементов, в производстве тампонажных растворов при оборудовании нефтяных и газовых скважин. Их применение позволяетрасширитьиспользование в производственном процессемест-ное природноесырье и снизитьзатраты на производстве портландцемента [1]. Проблема широкого применения цеолитов в строительстве заключается в том, что перед практическим их использованием необходимо провести полный систематический анализ природных объектов, в том числе изучить их влияние на свойства строительных материалов. Целью настоящей работы явилось изучение влияния добавок цеолитового туфа на свойства строительных цементных смесей.
Объектами исследования явились природный цеолитовый туф Люльинского месторождения ХМАО-Югры двух фракций, измельченный до фракции 60-100 нм и 1-2 мм; цемент марки CEMI 42.5 N Heidelbergcementgroup, CzechRepublic.
Методамирентгенофлуоресцентногои рентгенофазового анализаизученэлементный и фазовый состав природного цеолитового туфа (таблица 1).
Таблица 1
Элементный и фазовый состав цеолитового туфа
Элементный состав Содержание,% Фазовый состав Содержание,%
48,50 кварц 45
Fe2Oз 21,75 клиноптилолит 30
CaO 8,53 гейландит 10
7,20 монтмориллонит 8
^ 4,11 мусковит 7
ZnO 3,26
SrO 3,08
1Ю 1,60
MgO 0,60
MnO 0,59
SO2 0,52
^ 0,28
Полученные результаты показали, что по своему химическому составу цеолитовый туф близок к гидравлическим добавкам к цементам, используемым для связывания гидроксида кальция, образующегося при твердении цемента, с образованием низкоосновныхгидроксоси-ликатов кальция.
Нами проведено исследование термической устойчивости цеолитового туфа в интервале температур 0-1000°С. Термограмма представлена на рисунке 1.
Анализ термограммы показал, что общая потеря массы образца составляет 9% и обусловлена удалением цеолитной воды из каналов и полостей структуры цеолитов (клинопти-лолита и гейландита), а так же из межслоевых пространств глинистых минералов (мусковита, монтмориллонита). Уменьшение массы происходит плавно и непрерывно вплоть до 800°С. Эндотермический эффект на кривой DTAпри температуре 250-300 °С соответствую-тудалениюцеолитной воды (широкий эндотермический пик имеет вид, характерный для кли-ноптилолита [2]). Эндотермические эффекты при 400 и 650 °С соответствуют дегидратации
Новые возможности применения цеолитового туфа Люльинского месторожденияХМАО-Югры в составе
строительных смесей
глинистых минералов, что соответствует литературным данным [3]. Широкий эндотермический эффект при 800 °С обусловлен началом разрушения решетки мусковита.
О 200 400 600 еоо юоо
bft>Up Temperature (°С) LWwreal V45A ТА Instruments
Рисунок 1 - Термограмма образца природного цеолитового туфа
Итак, результаты термического анализа показали, что цеолитовый туф термически устойчив до 800°С. Высокая термическая устойчивость позволяет использовать цеолитовый туф в качестве добавки к жаростойким цементам.
Для изучения влияния цеолитового туфа на прочностные свойства цемента готовилиоб-разцы с водоцементным соотношением 0,4 и 5%-ной добавкой цеолитового туфа. Цементное тесто раскладывали в формы размером 20х20х100мм. После 24 ч цементные формы помещали в полиэтиленовый контейнер для отвердевания во влажной среде при 20°C в течение 1, 7 и 28 дней, затем подвергали обработке ацетоном и высушивали в сушильном шкафу. Дальнейшее исследование проводили на образцах, измельченных на вибрационной мельнице.
На микрофотографиях (рисунок 2) просматривается более однородная структура цементного камня с добавкой цеолита по сравнению с образцом без добавки.
а) б)
Рисунок - 2 Электронно-микроскопические фотографии структуры цементного камня: а) без добавки, б) с 5% добавкой цеолитового туфа
Т. Н. Смородинова, М. К. Котванова
Определениепредела прочности при сжатии и предела прочности на изгиб представлены в таблице 2.
Таблица 2
Кинетика прочности цементов с минеральными добавкам
Возраст твердения (сутки) Предел прочности на сжатие (±1), МПа Предел прочности на изгиб (±1), МПа
Цемент с цеолитом фракцией 60- - 100 нм Цемент с цеолитом фракцией 1-2 мм Цемент с цеолитом фракцией 60- - 100 нм Цемент с цеолитом фракцией 1-2 мм
Исх. цемент Исх. цемент
1 сутки 18 18 - 4 4 4
7 суток 52 57 54 4 6 6
28 суток 53 64 61 5 6 6
Результаты исследования показали, что при введении 5%-нойдобавки цеолитового ту-фафракции60-100 нм предел прочности на сжатие в возрасте 28 суток увеличивается по сравнению с исходным цементом на 23%. Прочность цемента с добавкой цеолитового туфа более крупной фракции не ниже прочности исходного цемента, поэтому такие добавки могут реально снизить расход дорогостоящего портландцемента.
ЛИТЕРАТУРА
1. Смиренская В. Н. Цеолитсодержащие вяжущие повышенной водостойкости и изделия на их основе : дис. ... канд. тех. наук : 05.17.11 / В. Н. Смиренская. - Томск, 1998. - 248 с.
2. Брек Д. Цеолитовые молекулярные сита / Д. Брек ; пер. с англ. - М. : Мир, 1976. - 781 с.
3. Хабас Т. А. Термогравиметрический анализ силикатных материалов / Т. А. Хабас, Е. А. Кулинич, Е. Ю. Егорова ; под общ. ред. В. А. Лотов. - Изд. ТПУ, 2007. - 20 с.
