Сагындыков А.А., Жигитбаева Б.Е.

Таразский Государственный университет им. М.Х.Дулати

Вяжущие контактного твердения для дорожного строительства

В результате многочисленных исследовании выполненных в Казахстане и за рубежом было выявлено определяющее влияние монолитных основании из вяжущих на эксплуатационную устойчивость дорожных одежд т.к. при укреплении грунтов эти материалы приобретают необходимые и в то же время высокие физико-механические свойства. Поэтому особую актуальность приобретают исследования направленные на разработку составов и исследования свойств материалов укрепленных вяжущими веществами на основе отходов промышленности.

Одним из широкораспространенных крупнотоннажных отходов в южных регионах Казахстана являются шлаки фосфорного производства. Объемы фосфорного шлака находящегося в отвалах составляют гранулированного – 10-12млн. тонн, плотного – 5-6млн. тонн. Промышленное внедрение фосфорного шлака сдерживается из-за наличия в нем фосфатных и фтористых соединений. При вступлении с водой они образуют вредные соединения в виде фосфина и фтористого водорода, которые отрицательно воздействуют на окружающую среду.

В зависимости от качества фосфоритного сырья при получении 1тн. Готовой продукции фосфора образуется 10-12тн. фосфорного шлака. Основную часть фосфорного шлака составляют оксиды кремния (40-41%) и кальция (47-79%), а также в небольшом количестве содержатся оксиды алюминия и железа. Содержания этих оксидов придают фосфорному шлаку ценные качества как сырья для получения вяжущих материалов. Плотный фосфорный шлак и гранулированный фосфорный шлак по внешнему виду представляют собой зерна серого цвета. Размер зерен гранулированного фосфорного шлака составляет до 3мм, а плотного фосфорного шлака – зависит от дробления и рассева, которые позволяют получить фракции от 1мм до 40мм. Под микроскопом в иммерсионных препаратах гранулированный фосорный шлак в основном состоит из бесцветного прозрачного стекла с показателем преломления 1,688-1,689. В стекле наблюдаются единичные непрозрачные стекла вызванные кристаллизацией в виде тонкодисперсных кристаллов пластинчатого псевдоволластонита – высокотемпературной формы воллостанита. Минералогический состав гранулированного фосфорного шлака в масс. %: стекло 85-90; псевдоволластонит 10-15.

В настоящее время на первый план выходят исследования связанные с экологической безопасностью применяемых сырьевых материалов, а именно радиоактивность. Поэтому основные компоненты вяжущих как гранулированный фосфорный шлак и фосфогипс были подвергнуты радиологическим исследованиям по определению радия, тория и калия.

Вяжущие на основе фосфорного шлака подвергнутые уплотнению относятся к контактным или контактно-конденсационным типам, которые относятся к дисперсным системам аморфной и нестабильной кристаллической структуры конденсирующие в момент возникновения контактов между слагающими их частицами в водостойкие камнеподобные тела значительной прочности /1, 2/. Исследования в этом направлении развиты в работах Куатбаева А.К. /3/.

Эти вяжущие обладают способностью образовывать водостойкие структурные связи при сближении дисперсных частиц на расстоянии действия присущих им в метастабильном состоянии поверхностных сил притяжения.

Принципиальным отличием таких веществ от известных вяжущих гидратации является то, что их конденсация в камнеподобные водостойкие тела, как правило, не сопровождается изменением химического состава и объема твердой фазы частиц вяжущего, а является следствием только изменения их физического состояния. В материалах контактного твердения в отличие от гидратационного, характеризующие низкими значениями водотвердого отношения порядка 0,1-0,12, происходит образование когезионных прочных контактов с образованием тонкой пленки гидратных новообразований на поверхности безводных зерен.

Окаменение контактно-конденсационных вяжущих не связаны с химическими процессами: химический состав вяжущего вещества в процессе цементации не изменяется, не изменяется и объем твердой фазы. Поэтому для обеспечения более прочных контактов между частицами вяжущего при конденсации необходимо приложение внешнего давления /1-3/.

Свойства контактно-конденсационного вяжущего в самом общем случае определяется степенью нестабильности или неупорядоченности структуры дисперсного вещества, а синтезируемого камня степенью сближения дисперсных частиц при формовании. Процессы конденсации (диспергирования), происходящие при взаимодействии вяжущего с водой протекают на молекулярном уровне, и вследствие химических реакций между ними изменяется химический состав и увеличивается объем новых фаз.

Повысить водостойкость гипсовых вяжущих можно различными путями, например битумосодержащими материалами, нефтешламом.

По физическому состоянию нефтешлам представляет собой полидисперсную систему, содержащую частицы размерами более десятых миллиметра, а также суспензии и эмульсии с размерами частиц от десятых долей миллиметра до 0,1 мкм.

Нефтешламы являются системами нетипичными для механики нефтяных дисперсных систем. С одной стороны, это суспензии, включающие твердые компоненты в качестве дисперсной фазы, с другой стороны, нефтешламы являются эмульсиями с водной фазой, диспергированной в нефтопродуктовой и наоборот. Нефтешламы с большим содержанием механических примесей (более 6% масс.) рассматриваются как суспензии.

Диапазон колебаний основных физико-механических свойств нефтяного шлама, полученный в результате исследования различен. Их конкретный состав в шламонакопителях НПЗ может отличаться в зависимости от периода накопления нефтешлама, времени обследования шламонакопителей и других факторов.

Основные физико-механические свойства нефтешлама следующие: плотность 800-1027 кг/м³; фракционный состав механических примесей более 1,25мм – 4,6% масс., 0,8мм – 1,2% масс., 0,6мм – 1,62% масс., 0,5мм – 1,4% масс., 0,4мм – 3,28% масс., 0,4мм – 88,8% масс.; химический состав механических примесей SiO₂ – 35,6%, Fe₂O₃ – 11,5%, CaSO₄ – 5,3%, MgO – 2,6%, Al₂O₃ – 1,2% масс..

Добавка нефтешлама позволяет повысить водостойкость фосфогипсового вяжущего до показателя 0,59 – 0,63. оптимальное количество нефтешлама установлено экспериментальным путем методом испытания фосфогипсовых вяжущих на сжатие и примерно составляет 25% от общей массы вяжущего.

Таким образом проведенные исследования свидетельствуют о возможности использования ГФШ и ФГ в качестве композиционных вяжущих применяемых для укрепления различных крупных и мелких заполнителей.

Литература

1. Рунова Р.Ф. Исследование автоклавных щелочно-щелочноземельных алюмосиликатных материалов. Автореферат диссертации к.т.н., 1972г.-28с.

2. Боженов П.И., Глуховский В.Д., Рунова Р.Ф. Эффект упорядочения структуры. Сборник «Строительные материалы и строительное производство». ЛИСИ, 1973г.- стр.42-58

3. Куатбаев А.К. Композиционные силикатные материалы контактного твердения из отходов промышленности, Алматы, 2001г.-229с.

4. Гончарова Л.В. Основы искусственного улучшения грунтов. М., МГУ – 1973г. – 375с.

5. Дмитриев А.М. Цементы с минеральными добавками . Цемент, 1980г., стр. 12-14