УДК
622.272/.275
Технические науки/10.Горное дело
К.т.н. Ермолович Е.А.,
Изместьев К.А., к.т.н. Шок И.А., Кирилов А.Н., Донецкий С.В.
Белгородский
государственный национальный исследовательский университет
Исследование влияния
суперпластификатора на свойства твердеющих бесцементных и малоцементных
закладочных композитов на основе горно-металлургических отходов
Существующие в настоящее время составы
закладочных смесей характеризуются повышенным расходом воды (400-500 л/м3)
[9]. Исследования, проведенные авторами
работы [1], доказали, что
повышенный расход воды существенно снижает прочность бесцементных и
малоцементных закладочных композитов.
Снижение
водосодержания смеси для упрочнения цементной закладки при сохранении ее
подвижности и транспортабельности достигается применением пластифицирующих
добавок [2,3].
Механизм действия классических пластификаторов основан
на адсорбционном взаимодействии с тонкодисперсными частицами и продуктами
гидратации цемента. В результате этого создается структурированный гидратный
слой вокруг частиц твердой фазы, сглаживание микрорельефа зерен тонкодисперсных
частиц и снижение коэффициента внутреннего трения шламовой части смесей,
изменение дзета-потенциала коллоидных частиц и повышение агрегативной
устойчивости шламовой части смесей [4,5].
В
конце 70-х годов разработаны, исследованы и прошли производственное испытание
высокоэффективные пластификаторы бетонной смеси – суперпластификаторы
(синтетические анионактивные добавки нафталин- и меламин-формальдегидного
типа), которые по своему пластифицирующему воздействию на бетонную смесь
значительно сильнее классических пластификаторов [6].
Суперпластификаторы адсорбируются на
границе вода - твердая фаза, поэтому они незначительно влияют на поверхностное
натяжение жидкой фазы, а их действие обуславливается диспергирующим эффектом,
т.е. существенным увеличением доли мелких частиц в системе [7]. Соответственно,
введение суперпластификаторов практически не вызывает воздухововлечения при
приготовлении растворных и бетонных смесей, что характерно для обычных
пла-стифицирующих добавок. Увеличение действующей поверхности частиц в результате дезагрегации
цементных систем приводит к установлению
большего числа контактов между взаимодействующими частицами, более интенсивному
срастанию, компенсируя возможное замедляющее влияние суперпластификаторов на
процессы гидратации и структурообразования цемента [14].
В данной работе в качестве суперпластификатора
применялся Полипласт СП-1. Суперпластификатор СП-1 представляет собой
органическое синтетическое вещество на основе продукта конденсации
нафталинсульфокислоты и формальдегида со специфическим соотношением фракций с
различной средней молекулярной массой - полинафталинметиленсульфонат или
метиленбис (нафталинсульфонат) натрия. По классификации ГОСТ 24211 относится к
пластифицирующе-водоредуцирующему виду – суперпластификаторам. Химический
состав: метиленбис (нафталинсульфонат) натрия или полинафталинметиленсульфонат.
Суперпластификатор СП-1 выпускается по ТУ 5870-005-58042865-05.
Исследование влияния суперпластификатора
СП-1 на технологические свойства закладочных композитов заключалось в
определении изменения текучести смеси в зависимости от его содержания. Данный параметр оценивался
посредством прибора Суттарда, на котором контролировался диаметр пятна
растекания смеси.
Полученные данные представлены в таблице
1.
Таблица 1− Зависимость
текучести закладочной смеси от содержания в ней суперпластификатора СП-1
|
Качественный состав смеси |
Содержание твердого в смеси, % |
Содержание СП-1, % от вяжущего вещества |
Диаметр пятна растекания по Суттарду, мм |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Совместно молотые доменный гранулированный шлак +
лежалые отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов;
отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов лежалые; вода |
78 |
0 |
100 |
|
0,4 |
177 |
||
|
0,5 |
186 |
||
|
0,6 |
184 |
||
|
0,7 |
185 |
||
|
0,8 |
181 |
||
|
0,9 |
184 |
||
|
1 |
167 |
||
|
1,1 |
170 |
||
|
Цемент (8%); отходы обогащения мокрой магнитной
сепарации железистых кварцитов лежалые; шлам конвертерный; вода |
77,4 |
0 |
86 |
|
0,4 |
124 |
||
|
0,5 |
158 |
||
|
0,6 |
160 |
||
|
0,7 |
159 |
||
|
0,8 |
156 |
||
|
0,9 |
157 |
Анализ данных таблицы 1 показывает, что
бесцементые и малоцементые закладочные смеси, содержащие тнкодисперсный
материал, с количеством твердого более 77,6% без пластификатора непригодны для
транспортирования по трубам и не будут растекаться в камере. Введение суперпластификатора в бесцементые и
малоцементные закладочные смеси существенно повышает их текучесть (в среднем на
86%) и позволяет транспортирование их трубопроводным транспортом и растекание в
закладочной камере. Результаты исследования обосновывают, что по условиям
транспортабельности оптимальным содержанием суперпластификатора СП-1 является
его количество в диапазоне 0,5-0,7% от доли вяжущего вещества.
Применение СП-1 в составе закладочных композитов
позволяет увеличить содержание твердого в смеси, тем самым повышая их
прочностные свойства. Полученные данные
по величинам предела прочности при сжатии образцов закладочных композитов,
содержащих суперпластификатор СП-1, и без него, представлены в таблице 2. Приведенные величины соответсвуют диаметру
пятна растекания по Суттарду равному 150-160 мм.
Анализ
полученных данных показывает, что применение суперпластификатора Полипласт СП-1
в бесцементных закладочных композиционных материалах увеличивает их прочность
на 65-86% при сохранении текучести смесей.
Исследования выполнены с применением
оборудования Центра коллективного пользования научным оборудованием НИУ «БелГУ»
«Диагностика структуры и свойств наноматериалов» при проведении поисковой научно-исследовательской работы в рамках
реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на
2009–2013 гг. (проект П-1077).
Таблица 2 −
Сравнение прочностных характеристик закладочных композитов, содержащих СП-1, и
без него
|
Качественный состав
смеси |
Количество
пластификатора СП-1, % от вяжущего |
Предел прочности при
сжатии в возрасте 28 суток, МПа |
Предел прочности при
сжатии в возрасте 90 суток, МПа |
|
Шлак
доменный гранулированный молотый;
отходы обогащения ММС; отходы производства доломитового щебня; вода |
- |
2,9 |
4,2 |
|
0,5 |
5,4 |
7,8 |
|
|
Шлак
доменный гранулированный молотый;
отходы обогащения ММС; отходы производства известнякового щебня; вода |
- |
4,5 |
6,9 |
|
0,5 |
7,8 |
11,4 |
Литература
1. Утилизация горно-металлургических отходов, содержащих тонкодисперсные и
наночастицы, в составе закладочных смесей для заполнения отработанных камер:
Научно-технический отчет о выполнении 5 этапа государственного контракта №
П1077 от 31 мая 2010 г. – Белгород, 2012. – 44 с.
2. Крупник Л.А., Агапова
Н.П., Абдикалыкова Р.С. Улучшение реологических
характеристик твердеющих закладочных смесей и упрочнение закладочных массивов
добавкой поверхностно-активных веществ //
Вестник КазНТУ. – 2011. – №2 (84) . – С. 160-165.
3. Монтянова А.Н., Гаркави
М.С., Косова Н.С. Специфические
особенности и эффективность применения
добавок в закладочных смесях // Горный информационно-аналитический
бюллетень. – М.: МГГУ, 2009. – № 9. –
С. 287-295.
4. Вовк А.И. Современные
представ-ления о механизме пластификации цемент-ных систем // Бетон и
железобетон – пути развития: научн. тр. 2-ой Всерос. (Между-нар.) конф. по бетону
и железобетону. – т. 3. – М.: Дипак, 2005. – С 740-753
5. Колбасов В.М., Елисеев Н.И., Панюшкина Т.А. Формирование структуры цементного камня в присутствии суперпластифи-каторов
// матер. VI Всес. научно-технич. со-вещ. по химии и технологии цемента. – М.,
1983. – С.47-53.
6. Батраков В.Г. Модифицированные
бетоны. Теория и практика. – 2-е изд., перераб. и доп. – М., 1998.– 768 с.
7. Добавки в бетон: Справочное
пособие / Под ред. В.С. Рамачандрана. – М.: Стройиздат, 1988. – 575 с.