¹Т. М. Худякова – д.т.н., проф., ²В. Д. Барбанягрэ – д.т.н., проф.,

К.М. ¹Гаппарова – докторант PhD, ¹Л.Ш. Атанбаева – магистр техники и технологии, ¹И.И. Полякова – магистрант гр. МП-15-3р,

¹Колесников А.С. – к.т.н., проф. РАЕ

¹ЮКГУ им. М.Ауэзова, г. Шымкент, Республика Казахстан

²БГТУ им. В.Г. Шухова, г. Белгород, Российская Федерация

Изучение влияния кратковременного высокотемпературного легирования на гидравлическую активность низкоосновных и высокоосновных клинкеров

Над проблемой повышения гидравлической активности низкоосновного клинкера работали и продолжают исследования многие ученые, определившие главные факторы, формирующие активность белитовых клинкеров – это неравновесность их синтеза и дефектность структуры клинкерных минералов.

Внедрение добавки в структуру клинкера обеспечивает увеличение неравновесности клинкерной системы, благодаря чему возможна фиксация аналогов высокотемпературных модификаций белита и его кристаллизация в несовершенной гидравлически активной форме [1]. Однако введение модифицирующих добавок в сырьевую смесь приводит к раннему образованию белита через низкотемпературную жидкую фазу. При дальнейшем подъеме температуры двухкальциевый силикат пассивируется и, следовательно, теряет часть гидравлической активности. Следовательно, необходимо использовать положительный эффект от введения добавки, а отрицательное влияние по возможности исключить. Представляется целесообразным вводить модификатор после образования основной массы силикатов кальция. Необходимо, чтобы в момент присадки клинкерная система находилась еще в активном состоянии, позволяющем осуществить внедрение элементов добавки в структуру клинкерных фаз.

Способ введения добавок – кратковременное высокотемпературное легирование разрабатывался в лабораторных условиях на основе сырьевых шихт приготовленных из сырьевых материалов АО «Шымкентцемент» – известняка, лесса, огарков. Эффективность предлагаемого способа определялась на клинкерах с КН=0,8 и 0,7. Расчетное содержание C₂S составляло 42 и 64,5 соответственно. Осуществление присадки добавки в процессе лабораторного синтеза клинкера производилось двукратным обжигом. Первый обжиг осуществлялся постепенным нагревом с изотермической выдержкой 30 минут при максимальной температуре 1350 °С для клинкера с КН=0,7 и 1380 °С – с КН=0,8. Полученный спек охлаждался на воздухе, затем измельчался до удельной поверхности S_уд=260-270 м²/кг, часть порошка усреднялась с активизирующими добавками. Смеси и бездобавочный контрольный клинкер подвергались вторичному резкому кратковременному обжигу в разогретой до необходимой температуры печи. Контрольный клинкер без добавок вторично обжигался для учета влияния повторного кратковременного нагревания на сравнительные прочностные показатели.

Температура введения присадки добавки определялась в интервале, включающем процессы клинкерообразования от спекания до кристаллизации клинкерного расплава – 1350…1250 °С. Оптимальный температурный интервал присадки добавки соответствует завершению процесса спекания и началу охлаждения клинкера, а необходимое время взаимодействия добавки с обжигаемым материалов составляет от 7 до 20 минут. Для экспериментов принят режим легирования в течение 10 минут при 1300 °С. В табл. 1 представлены результаты физико-механических испытаний образцов с 5 %-ным содержанием вводимых добавок.

Таблица 1. Влияние кратковременного высокотемпературного легирования на гидравлическую активность низкоосновных клинкеров из сырья АО «Шымкентцемент»

№ п/п	КН	Количество добавки, %	Предел прочности при сжатии, МПа, от продолжительности твердения
			1 сут.	2 сут.	7 сут.	28 сут.
1	0,7	0	13,7	21,4	42,1	80,3
2		5% хвостов	30,0	46,2	51,9	98,9
3		5% пыли электрофильтров	32,6	48,4	76,3	101,6
4	0,8	0	12,9	30,5	55,8	68,0
5		5% хвостов	26,3	49,9	58,0	80,85
6		5% пыли электрофильтров	31,5	55,4	64,7	83,2
7	0,92	заводской клинкер	28,9	42,68	72,8	90,3

Пыль электрофильтров, содержащая необходимое сочетание легирующих компонентов, увеличивает гидравлическую активность низкоосновного клинкера до значений промышленного алитового клинкера с КН=0,92. «Хвосты», содержащие легирующие компоненты, такие как BaO и MgO, также увеличивают гидравлическую активность клинкера до значений промышленных клинкеров (табл. 2). Оптимальное количество вводимых добавок составляет 5-7 % от массы клинкера [2,3].

Предложенный способ активизации целесообразно применять только для низкоосновных систем с КН<0,8, алитовый клинкер в принятом режиме легирования не активизируется (табл. 2), т.е. введение добавки не увеличивает прочность вяжущего после 7 и 28 суток твердения.

Таблица 2. Влияние кратковременного высокотемпературного легирования на гидравлическую активность высокоосновных клинкеров

№ п/п	КН	Количество добавки, %	Предел прочности при сжатии, МПа, от продолжительности твердения
			1 сут.	2 сут.	7 сут.	28 сут.
1	0,92	0	28,9	42,68	72,8	90,3
2		5% хвостов	39,6	63,0	71,5	92,6
3		5% пыли электрофильтров	40,1	59,4	69,4	88,3

Таким образом, режим легирования, позволяющий получить быстротвердеющий низкоосновный клинкер, заключается в присадке активизирующей добавки к клинкеру на завершающей стадии процесса спекания. Область присадки ограничена температурным интервалом, верхняя граница которого на 10-80 градусов ниже максимальной температуры обжига, а нижняя на 20-30 градусов выше температуры кристаллизации клинкерного расплава.

Литература

1. Овчаренко Г.И. // Цемент. 1987. №4. С.16-18.

2. Худякова Т.М. // Наука и образование Южного Казахстана. 2002. №28. С.125-127.

3. Худякова Т.М., Барбанягрэ В.Д. // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2002. №6. С.176-178.