Малоэнергоемкие вяжущие с использованием дунитов

Худякова Л. Константинова К. Нархинова Б. Малоэнергоемкие вяжущие с использованием дунитов // Строительные материалы. 2002. №2. C.11, 12


В настоящее время вопросы получения вяжущих материалов на основе местного сырья являются актуальными. Применение местных вяжущих позволят экономить более дорогой портландцемент.

На Севере республики Бурятии находится Йоко-Довыренское платиноносное месторождение. Одним из компонентов этого месторождения являются дуниты. Дуниты представляют интерес как комплексное магнийсодержащее сырье для производства огнеупоров, футеровки сталеразливочных ковшей, в качестве шлакообразующего компонента вместо известняка, доломита и кремнистых плавней, в закладочных смесях для заполнения земляных выработок.

По нашему мнению, одним из перспективных направлений использования дунита является применение его в качестве минеральной добавки в вяжущее. При введении добавки расход цемента на каждый кубометр тяжелого бетона существенно сокращается, что приведет к значительному удешевлению строительства.

Увеличение потребности в строительных материалах обусловливает поиск путей снижения их стоимости, а также расширение минерально-сырьевой базы за счет использования местных природных ресурсов зоны Байкала. Низкая стоимость сырья ? дунитов, а также возможность использования его в различных районах нашей страны откроют новые пути развития неорганических вяжущих с использованием более широкой сырьевой базы строительных материалов на основе магнийсодержащих пород Бурятии с одновременным усовершенствованием их структуры и свойств. Комплексное использование этих пород в различных отраслях промышленности строительных материалов должно резко снизить себестоимость их добычи и транспортировки.

Для исследования использовали дунит Йоко-Довыренского массива, портландцементный клинкер М-400 Тимлюйского цементного завода, двуводный гипс. Химический состав дунита (содержание в мае. %): SiO2 - 36,5; Аl2О3 - 1,05; MgO - 43,7; СаО - 7,01; Fe2O3 -10,3; п.п.п.-0,6.

Было исследовано влияние таких технологических факторов на свойства портландцемента, как количество вводимой в смесь минеральной добавки ? дунита, дисперсность вводимого порошка, вид условий твердения. Для перевода компонентов в тонкомолотое состояние использовался стержневой вибрационный измельчитель типа 75Т-ДрМ с ударно-сдвиговым характером нагружения.

Измельчение является одной из основных операций в технологии получения новых материалов, показатели которой существенно влияют на качество продукции и ее себестоимость. Известно, что тонкое измельчение способствует интенсификации физико-химических реакций и является определяющим процессом в механоактивации веществ, так как при воздействии механических сил изменяются физические и химические свойства материалов.

Активность вяжущего, определенная по прочности при сжатии, повышается с увеличением дефектности поверхностной структуры. Поэтому чем тоньше измельчен материал и чем больше его поверхность по отношению ко всей массе, тем быстрее проходит гидратация и тем большая часть вяжущего вещества успевает прореагировать.

В наших исследованиях активность вяжущего определялась величиной удельной поверхности. Испытания проведены на образцах размером 2x2x2 см, изготовленных из теста нормальной густоты. Влияние удельной поверхности вяжущего на его активность приведено в табл. 1.

Таблица 1

Тип измельчителя

Вид вяжущего

Sуд дунита,

см2/г

Средняя плотность,

г/см3

Прочность при сжатии, МПа

Условия твердения

Изменение прочности в сравнении с контрольным образцом, %

Стержневая вибрационная

мельница типа 75Т-ДрМ

Вяжущее на основе дунита

2400

2,16

42,8

На воздухе

+6,2

3300

2,21

44,2

+8,9

4300

2,20

43,0

+8,0

Контрольный образец

2,07

40,3

На воздухе

2,09

40,6

2,08

39,8

Как видно из приведенных данных, оптимальной является величина удельной поверхности, равная 3300 см2/г. С увеличением удельной поверхности значение предела прочности при сжатии образцов падает. Это объясняется появлением сверхтонких фракций дунита, которые снижают прочностные свойства материала.

Активность вяжущего также зависит от минерального и вещественного составов. В связи с этим было необходимо определить оптимальное соотношение в вяжущем между основным компонентом и добавкой, исходя из условия, что активность вяжущего (прочность при сжатии) должна быть максимальной,

Оптимальное процентное соотношение между портландцементом и дунитом в вяжущем веществе определялось расчетно-экспериментальным путем. Было установлено, что содержание дунита в составе вяжущего не должно превышать 40% по массе. Активность вяжущего полученного состава также определялась экспериментально. Для выбора оптимального состава были приготовлены вяжущие, отличающиеся друг от друга содержанием магнезиальной составляющей (дунита) в процентах по массе: 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50; клинкера 47, 52, 57, 62, 67, 72, 77, 82, 87; содержанием гипса 3% от массы клинкера. Полученные смеси затворяли водой в водотвердом соотношении В:Т=0,3. Образцы вяжущего предлагаемых составов готовили двумя способами.

1. Пропаривание или тепловлажностная обработка по мягкому режиму твердения 1+5+2 ч при температуре 90-95 оС.

2. Хранение образцов в течение 28 сут на воздухе.

Как видно из данных табл. 2, тепловлажностная обработка образцов композиций дунита с портландцементом повышает их прочность. Максимум прочности достигается для состава: 40% дунита и 60% портландцемента. Наибольшая прочность при сжатии после ТВО = 48 МПа, Квод = 1,14. Прочность при сжатии после 28 сут = 44 МПа, Rизг = 8 МПа. Это объясняется тем, что в этом составе создаются более сочетаемые структурно-размерные параметры новообразований, получаемых гидратацией активных минералов портландцемента и модифицированных механоактивацией менее активных минералов дунита.

Таблица 2

Индекс вяжущего

Количество добавки, мас. %

Предел прочности, МПа

Средняя плотность, кг/м3

После пропаривания

Через 28 сут твердения на воздухе

Rсж

% к контр, образцу

Rсж

% к контр, образцу

Rизг

% к контр, образцу

В-10

10

37,6

93,3

28,8

72,0

5,0

86,2

2098,4

В-15

15

25,1

62,3

22,1

55,3

4,7

81,0

2106,8

В-20

20

34,8

86,4

28,9

72,3

4,9

84,5

2111,4

В-25

25

38,4

95,3

24,3

60,8

5,4

93,2

2118,6

В-30

30

46,6

115,6

40,1

100,3

6,3

108,6

2129,0

В-35

35

47,4

117,6

42,1

105,3

7,1

122,4

2175,6

В-40

40

48,1

119,4

44,2

110,5

8,0

137,9

2207,5

В-45

45

36,8

91,3

40,2

100,5

5,7

98,3

2219,1

В-50

50

26,7

66,3

37,1

92,8

3,5

60,3

2226,3

Ц-400*

0

40,3

40,0

5,8

2094,6

* - контрольный образец портландцемента М 400.






Следует отметить, что при введении магнийсодержащей добавки в состав вяжущего в количестве 40% образцы показали повышенную прочность при изгибе. Это объясняется образованием в процессе гидратации смешанного вяжущего гидросиликатов магния волокнистой структуры, что положительно влияет на формирование механических свойств материала.

Обобщая вышеизложенное, можно сделать следующие выводы.

1. Оптимальный состав малоцементного вяжущего составляет 60% по массе портландцемента и 40% дунита.

2. Рациональным является помол дунита до величины удельной поверхности Sуд = 3300 см2/г.

Таким образом, природный материал ? дунит обладает достаточно высокой гидратационной активностью и на его основе можно получать строительные материалы хорошего качества.