ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПУЦЦОЛАНОВЫХ ЦЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ МЕСТНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК

АННОТАЦИЯ

В статье излагаются результаты определения гидравлической активности некоторых природных сырьевых материалов с целью определения возможности их использования в качестве активной минеральной добавки для цемента. На основе полученных результатов рекомендованы к использованию новые виды местных гидравлических добавок, обеспечивающих частичную замену дорогостоящего портландцементного клинкера и улучшающих эксплуатационные свойства портландцементов.

ABSTRACT

The article presents the results of determining the hydraulic activity of some natural raw materials in order to determine the possibility of their use as an active mineral additive for cement. Based on the results obtained, new types of local hydraulic additives are recommended for use, which provide a partial replacement of expensive Portland cement clinker and improve the performance properties of Portland cement.

Ключевые слова: гидравлические добавка, набухания, портландцемент, клинкер, порфирит, песчаник, гидроокиси алюминия, гидроокиси железа, гидросиликата кальция.

Keywords: hydraulic additive, swelling, Portland cement, clinker, porphyry, sandstone, aluminum hydroxides, iron hydroxides, calcium hydrosilicate.

Пуццолановый портландцемент представляет собой тонкий порошок, получаемый путем тонкого измельчения смеси клинкера, гипсового камня (до 5% от массы) и активной минеральной добавки или смешиванием тех же материалов, измельченных раздельно. Содержание активных минеральных добавок в пуццолановом портландцементе составляет 30÷55% от массы цемента; добавок вулканического происхождения, обожженной глины, глиежы или топливной золы — не менее 25 и не более 40%; добавок осадочного происхождения — не менее 20 и не более 30%. Активные минеральные добавки должны соответствовать требованиям Межгосударственного стандарта ГОСТ 24640-91 «Добавки для цементов».

Строительно–технические свойства пуццоланового портландцемента зависит от природы и количества содержащейся в нем активной минеральной добавки. Активность добавки и характер продуктов её взаимодействия с гидратированными минералами портландцемента оказывают существенное влияние на прочность, плотность, водо- и солестойкость твердеющего пуццоланового портландцемента. Изучению процессов взаимодействия активных добавок с продуктами гидратации цемента посвящено значительное количество работ [1—2], однако, до сих пор вопрос этот полностью не выяснен. Гидравлические добавки, поглощая известь, понижают ее концентрацию в жидкой фазе твердеющего цемента, так как активный кремнезем добавок образует с гидратом оксида кальция гидросиликаты кальция группы тоберморита, повышающие плотность и солестойкость цементного камня, активной глинозем – дает гидроалюминаты кальция, которые при определенных условиях могут отрицательно влиять на сульфатостойкость цемента. При одновременном присутствии активных кремнезема и глинозема (глиежи и др.) по мнению одних исследователей [1] образуются гидросиликаты кальция типа CSH и гидроалюминаты кальция C₄AH₁₃, другие считают возможным образование гидроалюмосиликатов кальция состава C₂AS₂H₈ [3]. От вида и количества образующихся продуктов реакции зависят прочность, сульфатостойкость и другие свойства портландцемента.

С учетом высокой степени минерализации подпочвенных и грунтовых вод некоторых регионов Узбекистана сульфатными солями, вопрос производства устойчивых в этих условиях цементов приобретает особую актуальность. В связи с этим, проводились исследования изучения пуццолановой активности некоторых добавок с целью перспективной организации выпуска пуццолановых цементов на СП ООО «КАРАКАЛПАКЦЕМЕНТ».

В качестве объектов исследования выбраны месторождение Ходжакульское песчаник, а также Порфирит месторождение Каратау, Участка Каратау I.

Химические характеристики проб изучаемых объектов исследование приведены в таблице 1.

Таблица 1.

 Результаты химического анализа добавок

По химическому составу и основным породообразующим минералам пробы природных материалов месторождение Ходжакульское песчаник, а также Порфирит месторождение Каратау, Участка Каратау I. относятся к следующим видам:

- проба песчаник месторождение Ходжакульское по содержанию оксидов кремния (SiO₂=59,59%) и алюминия (Al₂O₃ = 9,16%) является массой излившихся плотных пород вулканического происхождения.

- Порфиритный добавка туффитовых горных пород, характеризуется преимущественным содержанием оксидов кремния SiO₂ – 46,83% и алюминия Al₂O₃ – 14,64%, что позволяет отнести ее к категории алюмосиликатных материалов.

Пуццолановую активность исследуемых добавок, изучали по методике «Метод определения степени насыщения известью жидкой фазы, находящейся в контакте с цементом» [4], который основан на способности минеральных добавок поглощать известь (СаО), образующуюся в результате гидратации и твердения цемента на основе клинкера и порфиритный добавки.

 Результаты испытаний по определению гидравлической активности с добавки Порфирит месторождение Каратау, Участка Каратау I и месторождение Ходжакульское песчаник в составе цементов № 1Ц, № 2Ц приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Гидравлическая активность добавок, определенная методом степени насыщения известью жидкой фазы, находящейся в контакте с цементом

Согласно используемой методики испытаний, обработку полученных данных осуществляли по графику, построенному в системе координат: общая щелочность раствора в mekv/ l - содержание извести (СаО) в mmоl/l (рис. 1.)

Щелочность раствора, %

Рисунок 1. Степень пуццолановой активности минеральных добавок

А - щелочность, приходящаяся на долю всех, кроме извести, компонентов

В - изотерма растворимости извести при 40^о

1- содержание СаОв цементном растворе с добавкой Порфирит.

2- содержание СаОв цементном растворе с добавкой песчаник

В соответствии с данными таблицы 2, на график (рисунок. 1) наносят точку, соответствующую содержанию извести (СаО) при полученной щелочности в каждом цементном растворе № 1Ц, № 2Ц. В зависимости от расположения точек 1 (Пор), 2 (Пес) по отношению к изотерме растворимости (кривая 2) извести, квалифицируют качество добавки. Активной считается добавка, обеспечивающая в жидкой фазе, находящейся в контакте с цементом, приготовленном на ее основе, содержание извести ниже состояния насыщения. Как видно по расположению на графике точек 1, 2 все исследуемые минеральные добавки обладают способностью поглощать СаО, выделяющуюся в процессе гидратации и твердения растворов на основе цементов № 1Ц, № 2Ц.

По результатам проведенных испытаний, исследуемые добавки порфирит, песчаник характеризующиеся способностью реагировать с раствором гидроксида кальция Са(ОН)₂, характеризуются определенной пуццолановой активностью. Следовательно, они могут применяться при производстве портландцементов в качестве добавок-наполнителей.

Следует отметить, что для производства пуццолановых портландцементов применяют активные минеральные добавки природного и техногенного происхождения, обладающие пуццолановой активностью и их содержание в цементе, согласно требованиям ГОСТ 22266-2013 «Цементы сульфатостойкие. Технические условия» должно составлять свыше 20%, но не более 40 %.

Список литературы:

1. Волженский А. В., Бутт Ю. С., Колокольников В. С. Минеральные вяжущие вещества. - М. :Стройиздат. 1966.
2. Тейлор X. Ф. У. «Химия цементов», гл. XII. - М., Стройиздат, 1969.
3. Мальквори Д. Ж. Пуццолановый портландцемент. Четвертый международный конгресс по химии цемента. -М. : Стройиздат, 1964.
4. Ю.М. Бутт, В.В. Тимашев. «Практикум по химической технологии вяжущих материалов». –М. :Высшая школа. 1973. - 504 с.