УДК 666.972.16
Худякова Л.И., Войлошников О.В., Нархинова Б.Л.
Байкальский институт природопользования СО РАН
С увеличением объема строительства зданий и сооружений очень остро стоит проблема получения высокоэффективных недорогих строительных материалов, основывающихся на применении местного минерального сырья и техногенных отходов.
Одними из широко распространенных являются ультраосновные горные породы, содержащие силикаты магния. Они встречаются на Кольском полуострове, Урале, Алтае, в Восточной Сибири и Дальнем Востоке. В Республике Бурятия данные породы находятся в Байкальском месторождении медно-никелевых руд. Они представлены дунитами, верлитами, троктолитами. Причем запасы дунитов оцениваются в несколько миллиардов тонн.
Обычно считают, что силикаты магния не обладают вяжущими свойствами. Это положение обосновал Журавлев В.Ф. [1]. На основе экспериментальных данных было показано, что вяжущими свойствами могут обладать соединения щелочноземельных металлов, у которых величина эффективного ионного радиуса металла не ниже 0,103 нм.
Однако О.П. Мчедлов-Петросян теоретически обосновал и экспериментально доказал возможность получения серпентинитового цемента путем обезвоживания серпентина при температуре 670оС [2]. Данную позицию подтвердил и А.Ю. Каминскас [3].
В данной работе рассмотрены вопросы получения цементов с добавкой безводных силикатов магния.
В качестве сырьевых материалов использовались портландцементный клинкер марки М 400 Тимлюйского цементного завода (Бурятия), безводный гипс карьера Нукутский и ультраосновная горная порода верлит Байкальского месторождения медно-никелевых руд. Химический состав верлита приведен в таблице 1.
Было исследовано влияние количества магнийсиликатной добавки и времени измельчения сырьевых компонентов на свойства вяжущих веществ.
Для изучения вышеперечисленных зависимостей готовили образцы-кубы размером 2х2х2 см из теста нормальной густоты. Образцы хранили 7 и 28 суток в нормально-влажностных условиях, затем испытывали по ГОСТ 310. Цементы. Методы испытаний.
При изучении физико-химических взаимодействий магнийсиликатных горных пород с портландцементом, использован комплексный метод, включающий в себя химический, рентгеноструктурный анализы. При этом определялись следующие характеристики вяжущего вещества: фазовый состав, активность процессов гидратации и твердения в нормально-влажностных условиях.
В работе использовался стержневой вибрационный измельчитель типа 75Т-Др-М с ударно-сдвиговым характером нагружения. Навеска обрабатываемых смесей 500 г. Рентгенофазовый анализ выполнен на порошковом автоматическом дифрактометре 198 Advance фирмы Drukeraks с соответствующим программным обеспечением. Режим съемки рентгенограмм для всех проб оставался постоянным. Расшифровка проводилась по справочным данным.
Задача исследований заключалась в установлении оптимального соотношения в вяжущей композиции “портландцемент-верлит”, времени активации сырьевых смесей и изучении механизма гидратации вяжущей композиции.
Процесс измельчения является одной из основных операций в технологии получения новых материалов, показатели которой существенно влияют на качество продукции и ее себестоимость. Механическая обработка материалов, активное воздействие которой (истирание, измельчение, соударение, трение частиц и др.) способствует интенсификации процессов получения строительных материалов и повышения их реакционной способности. Как показали предварительные исследования, наиболее эффективным является измельчение в стержневом вибрационном измельчителе.
Для установления оптимального времени механоактивации были приготовлены сырьевые смеси из портландцементного клинкера, верлита и гипса. Смеси измельчали в течение различного времени в стержневом вибрационном измельчителе типа 75Т-Др-М с ударно-сдвиговым характером нагружения. Результаты исследований представлены на рис.1.
Как видно из графической зависимости, оптимальным является время измельчения 10 мин. С увеличением времени измельчения, показатели прочности образцов падают. В измельчаемой композиции появляются сверхтонкие фракции, которые приводят к снижению механических характеристик композиционных вяжущих.
Также было необходимо установить оптимальное соотношение в композиции “портландцемент-верлит”. Для этого готовили смеси с содержанием магнийсиликатной добавки – верлита в количестве 20; 25; 30; 35; 40% от массы смеси. Влияние добавки верлита на физико-механические показатели вяжущих представлены в табл. 2.
Как видно из полученных данных оптимальным является состав с добавкой верлита в количестве 30%. Видимо в этом составе создаются наиболее сочетаемое структурно-размерные параметры новообразований. Что и подтверждается данными рентгенофазового анализа.
По результатам РФА продуктами гидратации вяжущих на основе верлита являются гидросиликаты кальция (4,90404; 2,62538), непрореагировавшие минералы верлита оливин (2,51721; 2,27538), форстерит (5,11222; 3,47781), шаннозит (2,77256) минералы группы серпентин (2,46394), ß-сепиолит (3,72731; 2,26943) и смешанные железисто- кальций магниевые силикаты (8,56486; 5,59324; 2,67704).
Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что верлит проявляет активность при взаимодействии с минералами портландцементного клинкера. На его основе можно получить цементный камень с хорошими прочностными показателями, что позволит расширить сырьевую базу строительных материалов, снизить затраты на производство цемента.
Библиографический список
1. Журавлев В.Ф. Химия вяжущих веществ. М.: Госстройиздат, 1951.- 207 с.
2. Мчедлов-Петросян О.П. Серпентинитовый цемент // Сборник научных работ по химии и технологии силикатов. М.: Промстройиздат, 1956.- С.153-166.
3. Каминскас А.Ю. Технология строительных материалов на магнезиальном сырье. Вильнюс: Мокслас, 1987.- С.138-145.
