На Севере республики Бурятии находится Йоко-Довыренское платиноносное месторождение. Малоэнергоемкие вяжущие с использованием дунитов

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.