УДК 666.972.16
Худякова Л.И., Войлошников О.В., Нархинова Б.Л.
Байкальский институт природопользования СО РАН
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.