УДК 666.941.3.

ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОСТОЙКОГО ВЯЖУЩЕГО МАТЕРИАЛА ИЗ ДОЛОМИТОВ ЮЖНОГО КАЗАХСТАНА

Шилов А.Ю.- магистрант, Худякова Т.М. – руководитель

Южно-Казахстанский Государственный Университет им. М.Ауезова, г.Шымкент

В настоящее время проводятся обширные работы по изучению использования минерального сырья для промышленности строительных материалов и организации новых производств. Природный доломит CaCO₃ ∙ MgCO₃, месторождения которого весьма многочисленны в СНГ и за рубежом, в своем составе содержит примеси – известь, песок, глины, соединения железа. От количественного содержания этих примесей зависит качество изготавливаемых вяжущих веществ. Теоретически доломит состоит из 30,41% CaO, 21,87% MgO и 47,72% CO₂.

С целью разработки водостойкого вяжущего на основе доломитового сырья Южного Казахстана были исследованы процессы, протекающие при диссоциации доломитов различного химико-минералогического состава. Проведен поиск путей повышения водостойкости вяжущего на основе каустического доломита, исследованы свойства вяжущих.

Разложение доломита происходит в интервале температур 700-900 ⁰С, причем на термограмме два эндотермических эффекта: первый - в интервале 720-760 ⁰С, второй – 895-910 ⁰С. Следовательно, процесс протекает в две стадии. Наиболее вероятной является схема диссоциации, при которой на первой стадии образуются оксид магния и карбонат кальция: CaMg(CO₃)₂ = CaCO₃ + MgO + CO₂. На второй стадии происходит разложение: CaCO₃ = CaO + CO₂.

Исследования процессов обжига мелкокристаллических плотных доломитов юга Казахстана показали, что для получения высокоактивного доломита с низким содержанием свободного оксида кальция температура его обжига должна соответствовать температуре эндотермического эффекта разложения MgCO₃. Для исследуемых доломитов это 720-760 ⁰С. Полученный в результате обжига каустический доломит содержит не менее 15% оксида магния и не более 2,5% свободного оксида кальция. Вяжущие свойства каустического доломита значительно улучшаются при более тонком помоле, поэтому продукты обжига измельчались до остатка на сите №008 – 22%. Полученное магнезиальное вяжущее затворялось раствором MgSO₄ плотностью 1,2 г/см³, а также рапой соляного озера Кызылколь такой же плотности, содержащей MgSO₄ и MgCl₂. Соотношение сухого материала к затворителю принимается равным 0,3-0,34, что обеспечивает нормальную густоту теста. Готовились образцы размером 2х2х2см, часть из которых испытывали через 28сут воздушного твердения, а часть твердела в сушильном шкафу при температуре 60-90 ⁰С в течение 1-3ч.

При твердении каустического доломита происходят гидратация оксида магния и образование оксисульфата или оксихлорида магния в зависимости от выбранного затворителя. Углекислый кальций повышает плотность твердеющей массы и, создавая центры кристаллизации, способствует карбонизации извести, которая может образоваться в небольшом количестве при обжиге доломита. Результаты испытаний приведены в табл. 1.

Таблица 1 – Физико- механические испытания образцов

Месторождение доломита	Температура обжига, ºС	Содержание, %		Предел прочности при сжатии, МПа
		CaOсв	MgO	28сут		через 3ч при t=60ºC
				затворитель		затворитель
				р-р MgSO4	рапа	р-р MgSO4	рапа
I	720		27,3	20,0	18,5	18,0	16,5
	760	0,45	25,0	31,0	27,0	26,5	23,5
II	720	0,2	24,9	25,5	22,0	21,0	17,6
	760	0,86	26,3	40,0	29,0	29,0	24,0

Изделия из вяжущего, полученного на основе каустического доломита, обладают также хорошими декоративными свойствами. Они имеют цвет от белого до кремового. Различные красители, добавленные в каустический доломит, позволяют получать разнообразную гамму цветов. Однако до настоящего времени этот ценный строительный материал не нашел широкого применения из-за низкой водостойкости строительных изделий, изготовленных на основе магнезиального вяжущего. Водостойкость магнезиального вяжущего можно повысить введением в него активного кремнезема в виде силикагеля, трепела, опоки, молотого кварцевого песка, доменного или фосфорного шлака. В качестве кремнеземсодержащей добавки был выбран электротермофосфорный шлак Шымкентского фосфорного завода. В композиции магнезиальное вяжущие – шлак размолотый вводили в количестве 10-40% от массы каустического доломита.

Образцы размером 1х1х1см с добавкой шлака и без него изготавливали из теста нормальной консистенции. Через 12ч после затворения часть образцов помещали в пропарочную камеру, где их выдерживали 6ч при температуре 85-90 ⁰С, а часть твердела на воздухе в течении 28сут. После пропаривания образцы испытывались во влажном и высушенном состоянии. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Таблица 2 – Прочностные показатели образцов после воздушного твердения и пропаривания

Состав смесей		Жидко-твердое соотношение	Предел прочности при сжатии, Мпа
			Воздушное твердение	Пропаривание
каустический доломит	шлак		28сут	влажные	сухие
100	0	0,34	40,0	12,0	14,3
90	10	0,34	36,5	16,5	23,6
80	20	0,34	34,5	20,0	30,5
70	30	0,34	30,0	21,5	28,5
60	40	0,34	19,0	23,0	26,0

Из результатов, приведенных в табл. 2, видно, что с увеличением количества шлака, прочностные показатели образцов после воздушного твердения уменьшаются. Это объясняется тем, что при воздушном твердении шлак проявляет слабую активность. После пропаривания образцы без добавки шлака, испытанные как во влажном, так и в высушенном состоянии, имеют невысокую прочность, что связано с неводостойкостью магнезиального вяжущего.

Под действием влаги цементирующие новообразования (оксисульфаты магния) разрушаются, это приводит к снижению прочности образцов. С увеличением количества шлака в магнезиальном вяжущем прочностные показатели образцов после пропаривания значительно выше, чем у образцов без добавки шлака. Так, при введении 20% шлака показатели прочности образцов после тепловлажностной обработки приближаются к показателям образцов без добавки шлака после 28сут воздушного твердения. Это говорит о том, что при тепловлажностной обработке и при наличии сернокислого магния происходит сульфатное возбуждение шлака. Шлак начинает проявлять гидравлические свойства, происходят процессы гидратации и гидролиза. Продукты гидролиза шлака, соединяясь с компонентами магнезиального вяжущего, образуют гидросиликаты магния сложного состава, которые и являются цементирующей основой образцов при тепловлажностной обработке.

Установлено, что введение в состав магнезиального вяжущего электротермофосфорного шлака в количестве не менее 20% обеспечивает водостойкость этого вяжущего, что значительно расширяет область его применения.