Меню

Доломит смесь с цементом



ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА ОБЖИГА НА СВОЙСТВА ДОЛОМИТОВОГО ЦЕМЕНТА

Д.К.Бирюлева, Н.С.Шелихов, Р.З.Рахимов
Казанская государственная архитектурно-строительная академия

Дефицитность вяжущих веществ в строительной индустрии Татарстана ставит актуальной задачу вовлечения местного минерального сырья в производство строительных материалов. Распространенность и значительные запасы карбонатных пород, в том числе доломитов, в РТ позволяют рассматривать их как один из основных источников для производства вяжущих веществ, доломитового цемента в частности.

Основными достоинствами вяжущего являются: высокая механическая прочность при быстром ее нарастании в начальный период твердения, низкая теплопроводность, высокая прочность сцепления с заполнителями при изготовлении бетонов и растворов.

Доломитовый цемент или каустический доломит — это воздушное вяжущее, получаемое обжигом доломитов при температуре разложения карбонатов магния в двойной соли доломита и, по возможности, получения карбоната кальция в неразложенном состоянии. Состав и свойства обожженных доломитов в разное время изучались В.Н.Юнгом [1], А.А.Байковым, А.С.Тумаевым [2], А.М.Кузнецовым [3], Л.Г.Бергом, С.Г.Ганелиной, М.Е.Казариновой [4-6], А.Я. Вайвадом [7] и рядом других исследователей, которые отмечали, что режим термической обработки сырья оказывает большое влияние на свойства вяжущего, при чем это влияние неоднозначно.

Анализ научно-технической литературы показывает, что при обжиге природного доломита при получении доломитового цемента с максимальной прочностью температура обжига изменяется в пределах 600-800 о С, а длительность термической выдержки от 2 до 6 часов в зависимости от минерального состава сырья, определенного для каждого конкретного месторождения и гранулометрического состава доломитового щебня. Конечной целью большинства исследователей было получение вяжущего с максимальной прочностью. Роль влияния степени разложения доломита на водостойкость доломитового цемента в литературе не получила отражения. В связи с этим для более полной характеристики вяжущего и для рекомендаций по дальнейшему использованию его в различных изделиях целью настоящей работы явилась конкретизация данных о влиянии режима обжига на свойства цемента.

Исходным сырьем служили доломиты Матюшинского месторождения РТ, химический состав которых представлен в табл. 1.

В качестве затворителя использовался раствор хлористого магния MgCl2 . 6H2O, плотностью 1,22 г/см 3 .

Для получения доломитового цемента камень подвергали дроблению, рассеву по фракциям 0-10, 10-20 мм, обжигу при температуре 750 о С и помолу до удельной поверхности 2500 см 2 /г.

Обжиг доломитового камня в пробе массой 1 кг осуществлялся в лабораторной муфельной печи марки МП-2У, предварительно нагретой до заданной температуры . Охлаждение обожженного продукта осуществлялось на воздухе до 20 о С. Помол проводился в лабораторной вибромельнице . Тонкость помола, нормальную густоту и равномерность изменения объема доломитового цемента определяли в соответствии с ГОСТ 310.1-76 — 310.3-76.

Для изучения основных физико-механических свойств доломитового камня на основе вяжущего из теста нормальной густоты изготавливались образцы-кубики 2х2х2 см.

Образцы хранились в нормальных температурно-влажностных условиях, а по достижении 28 суточного возраста определяли: среднюю плотность , водонасыщение , предел прочности при сжатии, коэффициент размягчения как отношение прочности при сжатии водонасыщенных образцов к прочности образцов, высушенных до постоянной массы в возрасте 28 суток. Содержание гидратной воды в составе продуктов твердении доломитового цемента, характеризующего степень его гидратации, определялось методом прокаливания в соответствии с ГОСТ 23789-79.

Минеральный состав исходного материала и образцов затвердевшего вяжущего изучался при помощи рентгенографических исследований на автоматизированном дифрактометре ДРОН-3М, управляемом от ПЭВМ «БК-0010-01».

На основании расшифровки полученных дифракционных картин от образцов обожженных доломитов было установлено, что с увеличением продолжительности обжига минеральный состав образцов меняется: происходит уменьшение содержания реликтового доломита и увеличение содержания его продуктов распада — кальцита и периклаза .

При этом установлена и определенная зависимость структурных особенностей синтезированного периклаза от продолжительности обжига сырья. Увеличение продолжительности обжига доломитов приводит к тому, что периклаз, образовавшийся в более раннее время обжига, затем испытывает перекристаллизацию, которая однозначно фиксируется по увеличению размеров областей его когерентного рассеяния (ОКР) [8], что устанавливается рентгенографически по уменьшению полуширины его дифракционных максимумов табл.2.

В ходе экспериментов по изучению степени гидратационной активности периклаза также установлено, что при одинаковых условиях твердения доломитовых цементов в растворе бишофита с увеличением размеров ОКР периклаза его реакционная способность падает. Необходимо отметить и тот факт, что при одинаковых режимах обжига доломитов до полной их диссоциации на периклаз и кальцит обжиг более мелкообломочного материала приводит к образованию периклаза с большими размерами ОКР и, следовательно, менее реакционно способного . При этом обжиг крупнообломочного материала приводит к образованию периклаза, отличающегося наибольшей гетерогенностью: такой периклаз имеет весьма широкий разброс размеров ОКР, то есть в нем присутствуют кристаллы различной степени реакционной способности.

Читайте также:  Цемент доставка по пермскому краю

Оптимальное количество наиболее реакционно способного периклаза наблюдается при обжиге 2,5-3 часа , что также подтверждается содержанием максимального количества новообразований цементного камня, к ним относится кристаллогидрат состава MgCl2х3Мg(ОН)2х8Н2О.

Результаты рентгенографических исследований подтверждаются также физико-механическими испытаниями.

Режим обжига доломитового щебня оказывает значительное влияние на прочность цементного камня (рис.1).

При достаточно полном разложении доломитового щебня фракций 10-20 мм ( содержание реликтового доломита не более 2%) при обжиге 3,5-4 часа прочность цементного камня максимальна — 95-110 Мпа (табл. 2). При этом отмечается, что при уменьшении крупности обжигаемого материала в два раза продолжительность обжига для получения вяжущего с максимальными прочностными характеристиками может быть снижена на 1 час. Дальнейший обжиг приводит к снижению прочности как в следствии перекристаллизации MgO (вышеотмеченный факт), так и к началу разложения карбоната кальция.

Следовательно , для получения доломитового цемента с максимальной прочностью предпочтительнее проводить обжиг сырья до полного разложения доломита (содержание MgCO3 . CаCO3 не более 2%).

Степень разложения доломита оказывает влияние и на водостойкость доломитового цемента (табл.2, рис.2)

По мере увеличения продолжительности термической выдержки сырья до 2,5-3 часов уменьшается содержание реликтового доломита до 4%, при этом значение коэффициента размягчения растет с 0,2 до 0,59-0,66. По нашему мнению, это связано с оптимальным содержанием наиболее реакционноспособного МgО и части неразложившегося доломита. Последний может при твердении вяжущего играть роль активной минеральной добавки. Положительное влияние карбонатных добавок на свойства доломитового вяжущего отмечалось в работах А.Ю.Каминскаса, Ю.К. Причкайтене и других [8].

Приведенные экспериментальные данные, полученные в результате изучения продуктов термической диссоциации природного доломита и твердения вяжущего, позволяют сформулировать ряд практических рекомендаций, которые могут быть учтены при определении оптимальных режимов обжига доломитового сырья с целью получения доломитового цемента с высокими физико-механическими характеристиками.

  1. Для получения доломитового вяжущего с максимальной прочностью обжиг доломитового щебня химического состава подобного составу доломита Матюшинского месторождения, необходимо проводить при температуре 750 о С в течение 3-4 ч.
  2. Для получения доломитового цемента с максимальным значением коэффициента размягчения обжиг сырья необходимо проводить при температуре 750 о С в течение 2-3 ч.
  1. Юнг В.Н. Технология вяжущих веществ. — М.: Госстройиздат, 1952.- 600 с.
  2. Байков А.А., Тумарев А.С. Разложение природных углекислых солей при нагревании. — Изв. АН СССР Отделение технических наук. N 4 , 1937 .-С. 565-592.
  3. Кузнецов А.М. Производство каустического магнезита . — М.: Промстройиздат, 1947.- 212с.
  4. Ганелина С.Г. Исследование методом термографии процессов разложения природных доломитов. — Автореферат дисс. … к.т.н.- Казань, 1956.- 20 с.
  5. Берг Л.Г. , Ганелина С.Г. Каустический доломит . — Казань: Промстройиздат.- 14 с.
  6. Берг Л.Г., Казаринова М.Е. Кинетика реакции гидратации МgО в доломитах различной степени обжига. — Новосибирск: Известия ВУЗов, Строительство и архитектура N6, 1967. — С. 74-78.
  7. Вайвад А.Я., Гофман Б.Э., Карлсон К.П. Доломитовые вяжущие .- Рига: Изв. АН Латв.ССР , 1958. — 260 с.
  8. Причкайтене Ю.К., Каминскас А.Ю. Влияние некоторых карбонатных добавок и углекислого газа на процесс твердения магензиального вяжущего вещества . — Сборник трудов ВНИИтеплоизоляции , выпуск 8 , 1976. — с. 123-129.
  9. Липсон Г., Стипл Г. Интерпритация порошковых рентгенограмм. — М.: Мир, 1972. — 384 с.

Источник

Доломит смесь с цементом

Библиографическая ссылка на статью:
Коровкин М.О., Шестернин А.И., Ерошкина Н.А. Влияние доломитовой муки на свойства растворной составляющей бетона // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 12. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/12/42050 (дата обращения: 13.09.2020).

Исследования различных аспектов применения дисперсных наполнителей цементов ведутся многие десятилетия. Эти материалы применялись обычно для снижения стоимости вяжущего, а также для улучшения других свойств цемента – снижения усадки, тепловыделения и т.д. В качестве дисперсных материалов могут использоваться измельченные отсевы дробления щебня [1, 2], измельченные отсевы дробления вторичного щебня [3], а также отходы рудообогащения, пыль газоочистки и другие дисперсные отходы промышленности [1]. Основным негативным фактором, сдерживающим применение инертных дисперсных наполнителей, является снижение прочности смешанного цемента при повышенных дозировках [1].

Читайте также:  Устройство чистых цементных полов

Опыт использования в производстве бетона одной из наиболее эффективных групп химических модификаторов бетона – суперпластификаторов показал, что применение этих добавок в бетонах средних и низших классов приводит к снижению расходов цемента ниже объёмов, обеспечивающих раздвижку цементным тестом зерен заполнителя. Особенно этот недостаток проявляется в случае введения суперпластификатора при его совместном помоле с цементом [4] или при введении добавки на дисперсном носителе [5]. Отмеченная особенность составов бетона с суперпластификатором позволяет эффективно использовать эту добавку только в высокопрочных или высокоподвижных бетонах. Для решения этой проблемы в бетоны вводится тонкий наполнитель, в качестве которого используют различные дисперсные минеральные добавки, что позволяет повысить удобоукладываемость бетонной смеси и долговечность бетона за счет уменьшения в нем количества макродефектов [6].

В настоящей работе исследовано влияние измельчённого отхода дробления доломитового щебня на свойства растворной составляющей бетона.

Методы и материалы

Исследования проводили на цементе ПЦ 500 Д0 производства ОАО «Мордовцемент». Из портландцемента и каменной муки – тонкодисперсного отхода дробления доломитового щебня Саткинского месторождения c удельной поверхностью 310 м 2 /кг готовился смешанный цемент с различной долей замещения вяжущего.

В большинстве составов бетонов низких и средних классов отношение песка к цементу (П/Ц) составляло 1,8…2,1, в связи с чем исследования доломитового наполнителя проводились на растворной составляющей бетона с отношением П/Ц = 2. Смесь готовилась на смешанном вяжущем и песке Сурского месторождения с Мк = 1,52. В эксперименте готовились растворы с различным водоцементным отношением и содержанием каменной муки в смешанном цементе с суперпластификатором в виде раствора в количестве 0,5 % и 1 %, а также составы без добавки. После формования образцы в течение 24 часов хранились в полиэтиленовых пакетах, а затем, после извлечения из форм, в воде.

В качестве водоредуцирующей добавки в экспериментах был использован суперпластификтор Sika ViscoCrete 20HE, который относится к третьему поколению высокоэффективных суперпластификаторов. Эта добавки рекомендуется для производства пластичных и самоуплотняющихся бетонных смесей с высокой ранней прочностью.

В ходе исследования определялась консистенция растворной смеси по расплыву на встряхивающем столике, прочность в различные сроки и усадка раствора после высушивания при 105 °С.

Водоредуцирующая эффективность суперпластификатора в растворах характеризовалась показателем ВР, который рассчитывался по формуле ВР = 100×(ВЦк – ВЦп)/ВЦк, где ВЦк и ВЦп – водоцементное отношение растворных смесей без добавки и с добавкой при их равной консистенции.

В связи с тем, что подбор водоцементного отношения для получения равноподвижных смесей с различным содержанием пластификатора трудоёмкая задача, а также учитывая то, что зависимость между расплывом на встряхивающем столике D и водоцементным отношением имеет линейный характер, значения ВЦк и ВЦп рассчитывались по эмпирическим зависимостям D = f(ВЦ), которые находили по экспериментальным данным.

Результаты и обсуждение результатов

Введение в цемент дисперсного наполнителя приводит к незначительным изменениям водопотребности растворной смеси. Анализ результатов в таблице показывает, что при замене 28 % цемента каменной мукой водоцементное отношение в пластичных смесях можно снизить всего на 7 %. В остальных составах изменений водопотребности не отмечено.

Замена части цемента доломитовой мукой приводит к значительным изменениям свойств раствора. При замене 50 % цемента дисперсным наполнителем происходит снижение прочности в возрасте 3 суток в 2-6 раза, а в возрасте 28 суток – в 2-4 раза. При снижении В/Ц отношения негативное влияние каменной муки на прочность почти линейно уменьшается. В вязи с этим оправдано применение водоредуцирующей добавки. Эффективность исследованного суперпластификатора, как видно из графиков (рис. 1), построенных для смесей с расплывами на встряхивающем столике 270-280 мм, также зависит от содержания в цементе доломитовой муки.

Читайте также:  Сколько часов застывает цемент

Снижение прочности смешанного цемента может быть скомпенсировано за счёт применения водоредуцирующей добавки. Как видно из графиков, построенных для растворов с равной консистенцией (рис. 2), прочность бездобавочного состава – 30 МПа может быть достигнута при введении 0,5 % суперпластификатора при замещении 24 % цемента, а при дозировке добавки 1 % степень замещения может быть повышена до 33 %.

Введение дисперсного наполнителя в смешанный цемент значительно снижает усадочные деформации. При замене 50 % цемента значения усадки снижаются на 35-55 %, причём эффективность снижения этой характеристики за счёт введения наполнителя при повышении В/Ц линейно возрастает.

Таблица 1. Зависимость свойств растворов на смешанных цементах от их состава

В/Т Доля замещения цемента, % Состав смешанного цемента СП,

расплыва, мм Прочность,

МПа, через Усадка

мм/м Цемент,

г Наполнитель, г 3

суток 28

суток 0,5 150 0,5 286 20,8 40,3 0,7 28 108 42 273 10,5 28 0,61 40 90 60 276 7,3 20,3 0,49 52 72 72 295 3,8 10 0,45 0,5 150 — 140 19,9 35,7 0,8 28 108 42 115 11,4 19,7 0,75 40 90 60 162 9,5 23,7 0,61 52 72 72 163 3,9 14,3 0,49 0,36 150 0,5 105 12,3 21,5 0,88 28 108 42 104 12,1 18,7 0,75 40 90 60 111 12,3 20,3 0,53 52 72 72 107 5,8 10,8 0,4 0,6 150 — 231 14,1 34,2 0,7 28 108 42 266 12,8 26,0 0,98 40 90 60 239 8,0 18,0 0,13 52 72 72 238 1,6 8,3 0,55 0,43 150 1 243 33,0 62,0 0,88 28 108 42 265 20,4 49,5 0,75 40 90 60 245 16,0 38,5 0,68 52 72 72 257 8,8 20,8 0,48 0,35 150 1 117 32,1 49,5 0,89 28 108 42 148 22,1 42,8 0,66 40 90 60 151 21,4 33,8 0,62 52 72 72 131 12,6 22,2 0,40

Рисунок 1. Влияние степени наполнения цемента каменной мукой на водоредуцирующий эффект суперпластификатора при различной дозировке добавки

Рисунок 2. Влияние степени наполнения цемента каменной мукой на прочность при различной дозировке суперпластификатора

Заключение

Несмотря на положительное влияние доломитовой муки на усадочные деформации и очевидное снижение стоимости смешанного цемента, применение этого материала в составе цемента без водоредуцирующей добавки не целесообразно из-за негативного влияния наполнителя на прочность, которая может снизиться в несколько раз. Совместное применение доломитовой муки и суперпластификатора позволяет заменить в составе бетона или строительного раствора цемент без снижения прочности материала.

Библиографический список

  1. Баженов Ю.М., Демьянова В.С., Калашников В.И. Модифицированные высококачественные бетоны. М.: Издательство АСВ, 2006. 368 с.
  2. Калашников, В. И. Через рациональную реологию – в будущее бетонов / В. И. Калашников // Технологии бетонов. -2007. -№ 5. -С. 8-10; 2007. -№ 6. -С. 8-11; 2008. -№ 1. -С. 22-26.
  3. Коровкин М.О., Шестернин А.И. Применение бетонного лома в производстве заполнителя для самоуплотняющегося бетона // Бетон и железобетон – взгляд в будущее: Научные труды III Всероссийской (II Международной) конференции по бетону и железобетону. Т6. Москва: МГСУ, 2014. С. 295-313.
  4. Коровкин, М.О. Исследование эффективности суперпластификатора С-3 в вяжущем низкой водопотребности / Коровкин М.О. // Строительство и реконструкция. 2011. № 2. С. 84-88.
  5. Коровкин М.О., Ерошкина Н.А., Саденко Д.С. Влияние способа введения суперпластификатора на его водоредуцирующий эффект // Региональная архитектура и строительство. 2013. № 2. С. 66-70.
  6. Коровкин М.О., Калашников В.И. Ресурсосберегающая эффективность суперпластификатора в бетоне // Региональная архитектура и строительство. 2011. № 2. С. 59-61.

Количество просмотров публикации: Please wait

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
Регистрация

&copy 2020. Электронный научно-практический журнал «Современные научные исследования и инновации».

Источник