Ерошкина Н.А., Коровкин М.О, Голикова Л.Н., Соломатин А.П.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

Отходы добычи и переработки магматических

Горных пород в технологии минерально-щелочных вяжущих

При добыче и переработке магматических горных пород образуется до 30% отходов камнедробления, складируемых в отвалы. На кафедре технологии бетонов керамики и вяжущих Пензенского ГУАС под руководством В.И. Калашникова из дисперсных отходов добычи и переработки осадочных и изверженных горных пород в присутствие щелочей термическим синтезом при температуре 140-330°С получены геосинтетические и минерально-щелочные вяжущие материалы с высокими физико-механическими свойствами. Изготовление вяжущего осуществлялось путем прессования смеси влажностью 12-14 % под давлением 15- 25 МПа в пресс-формах.

Последующие исследования, подтвердили возможность получения минерально-щелочных вяжущих из пластичных смесей в условиях низко-температурной тепловой обработки и в нормальных условиях.

Для комплексного изучения влияния параметров состава на свойства вяжущих были проведены настоящие исследования.

В качестве сырья для получения вяжущих использовались магматическая порода гранит и шлак Новолипецкого комбината, измельченные до S_уд=350 м²/кг. В качестве мелкого заполнителя применялся песок кварцевый с Мк =1,5 при соотношении растворной части к вяжущему 1:1.

Исследование свойств вяжущих и растворов на их основе производилось по 4-факторному ротатабельному плану эксперимента с 25 опытами. Были исследованы следующие свойства – удобоукладываемость, усадка, прочность в зависимости от отношения шлака к граниту (Ш/Г), отношения активизатора Щ₁ к твердому веществу (Щ₁/Т) в %, отношения жидкости/твердому веществу (Ж/Т) и количество щелочи NaOH в % (Щ₂). Основные уровни и интервалы варьирования были следующие: Ш/Г=3±1, Щ₁/Т=21±5, Ж/Т=3±0,3, Щ₂=3±1.

Оценка удобоукладываемости осуществлялась по расплыву смеси на встряхивающем столике при помощи уменьшенного конуса с диаметром основания 63 мм.

Исследование усадочных деформаций проводилось на образцах балочках размером 20*20*100 мм.

Для определения прочности полученных составов были изготовлены образцы-кубики размером 20×20×20 мм.

Рис. 1. Свойства растворной смеси на минерально-щелочном вяжущем из гранита: а) расплыв конуса через 5 минут, б) усадка через 28 суток.

Результаты эксперимента по оценке удобоукладываемости смесей основе гранита (рис.1а) указывают на то, что основными факторами влияющими на удобоукладываемость является отношение жидкости к твердому веществу (Ж/Т) и отношение Щ₁/Т. С увеличением Ж/Т и Щ₁/Т удобоукладываемость cнижается.

По данным рис. 1.б усадка зависит от соотношения Щ₂ и Щ₁/Т. С увеличением Щ₂ и снижением Щ₁/Т усадка снижается до 0,5-1 мм/м.

Рис. 2. Прочность растворной смеси на минерально-щелочном вяжущем:

а) через 28 суток, б) после тепловой обработки при 80ºС.

При анализе прочностных характеристик (рис. 2а и рис. 2б) основным фактором, влияющим на прочность является содержание Ж/Т и количество активизатора Щ₂.

Наибольшей прочностью при минимальной величине усадочных деформаций обладают вяжущие, содержащие в смеси около 30% шлака. Их прочность после тепловой обработки при 80°С составляет 50-60 МПа, а при твердении в нормальных условиях они достигают такую прочность через 28 суток.

В работе была доказана возможность использования отхода добычи гранита в качестве перспективного сырья для производства вяжущего. Для получения вяжущего прочностью 50-60 МПа с небольшой усадкой 1-2,5 мм/м необходимо, чтобы содержание добавки шлака в смеси было не менее 30 % , количество щелочного активизатора Щ₂ не превышало 2,8% при отношении Ж/Т не более 2,9.