Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

Д.т.н. Шаповалов Н.А., К.т.н. Тикунова И.В.,

К.т.н. Загороднюк Л.Х., Аспирант Щекина А.Ю.

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, Россия

Эффективные вяжущие композиции на техногенном сырье.

Сегодня внедрение новых многокомпонентных композиционных вяжущих веществ в состав ССС, позволяющих достичь требуемых параметров смесей является актуальным направлением для современной науки. Применение в производстве композиционных вяжущих веществ различных вяжущих композиций на основе техногенных наполнителей, позволяет не только сэкономить природные ресурсы, снизить затраты на производство, но и достичь высоких физико-механических показателей материалов [1]. В рамках научно-исследовательской работы для получения вяжущих композиций были выбраны отходы флотационного обогащения железных руд Михайловского горнообогатительного комбината в качестве наполнителя и портландцемент марки ЦЕМ I 42,5. Отходы флотационного обогащения железных руд являются одним из видов наиболее опасных для окружающей среды и здроровья человека отходов добычи и обогащения железных руд. Поэтому вопрос о внедрении во вторичное производство этого вида отходов является актуальным и требующим исследований. Изучение отходов флотационного обогащения железных руд, показало что они представляют собой высокодисперсный сыпучий материал с удельной поверхностью 302 м²/кг, насыпной плотностью 1390 кг/м³. Содержание оксида кремния в средних пробах составляет свыше 65%. Всё это предопределяет возможность их использования при приготовлении вяжущих композиций в качестве минерального наполнителя. Подготовка сырьевых материалов для вяжущих композиций осуществлялась совместным помолом цемента и отходов флотационного обогащения железных руд в вибрационной мельнице при разной продолжительности помола – 10, 30 и 50 мин. На основании ранее проведённых нами экспериментов [2] содержание минерального наполнителя в вяжущих композициях варьировали в количестве – 20, 30 и 40%. Твердение образцов происходило в нормальных условиях– 28 сут. В качестве контрольного состава был выбран бездобавочный цемент марки ЦЕМ I 42,5 Н.

Исследования физико-механических характеристик вяжущих композиций различных составов показали, что введение наполнителя в вяжущую композицию в количестве 20 % даёт прирост предела прочности при сжатии в сравнении с контрольным составом: при 10 мин помола − на 41 %; при 30 мин помола – на 49 %. При введении наполнителя в количестве 30 % отмечается увеличение предела прочности при сжатии при 10 мин помола на 53 %, при 30 мин помола – на 64%, а при 50 мин помола – на 32 %. При использовании наполнителя в составе вяжущей композиции в количестве до 40 % при различной продолжительности помола отмечаются достаточно низкие показатели прочности при сжатии, что свидетельствует о перенасыщении вяжущей композиции наполнителем. Следует отметить, что с увеличением количества вводимого наполнителя и продолжительности помола наблюдается рост водопотребности растворов, что объясняется способностью наполнителя впитывать и удерживать воду и повышением удельной поверхности смесей.

При исследовании сроков схватывания вяжущих композиций выявлено, что при увеличении дозировки отхода и продолжительности помола начало и конец сроков схватывания увеличиваются в сравнении с контрольным составом. Это свидетельствуют о том, что увеличение продолжительности помола способствует активному протеканию процессов гидратации и структурообразования. С увеличением содержания минерального наполнителя отмечается тенденция к замедлению сроков начала схватывания, что объясняется повышенным содержанием белитовой фазы в системе.

Сравнивая рентгенограммы составов затвердевших вяжущих композиций с различным содержанием наполнителя и при различной продолжительности помола, следует отметить, что интенсивности дифракционных характеристик, принадлежащих, мелилиту Ca₂ (Al, Mg, Si) Si₂O₇ снижаются при увеличении продолжительности помола. Так, в вяжущих композициях содержащих 20% отхода интенсивность снижается при продолжительности помола от 10 мин до 30мин - на 20,4%, а при помоле до 50 мин - на 34,7%; при 30% отхода: от 10 мин до 30 мин - на 12%, а при дальнейшем помоле на 40%; при 40% отхода: на 12% и на 34%. На основании полученных результатов можно утверждать, что в рассматриваемых системах вследствие интенсивного помола снижается их степень кристалличности и активно протекают процессы аморфизации минералов, что способствует формированию направленного структурообразования в этих системах, что, в конечном счете, обеспечивает высокие физико-механические показатели композитов.

Таким образом, в результате проведенной научно-исследовательской работы доказана возможность использования отходов флотационного обогащения железных руд в качестве наполнителя в составе вяжущих композиций. Установлено оптимальное количество отхода в составе вяжущей и композиции − 30% и оптимальное время совместного помола материалов – 30 мин. Это требует проведения дальнейших исследований по разработке качественных высокопрочных составов композиционных вяжущих на их основе для получения сухих строительных смесей.

Литература:

1. К проблеме повышения эффективности композиционных вяжущих / Р.В. Лесовик. Н.И. Алфимова, Е.А. Яковлев, М.С. Шейченко // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. №1. 2009. с. 30-33.

2. Shapovalov N.A., Zagorodnuk L.H., Shchekina A.Y., Enriched Waste Products of Neon-Ferrous Oxidised Quartzites-A Mineral Cement Mixtures Storage/Accumulator World Applied Sciences Journal 25 (3): 529-535, 2013 ISSN 1818-4952 IDOSI Publications, 2013 DOI: 10.5829/idosi.wasj.2013.25.03.7060.