Технология получения геополимерного вяжущего на базе магматических горных пород | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Ерошкина Н. А., Коровкин М. О., Коровченко И. В. Технология получения геополимерного вяжущего на базе магматических горных пород // Молодой ученый. — 2015. — №7. — С. 120-123. — URL https://moluch.ru/archive/87/17050/ (дата обращения: 19.10.2018).

Рассмотрена технология производства геополимерного вяжущего и бетонов на его основе. Изложены преимущества этой технологии. Приведены эксплуатационные характеристики геополимерных бетонов.

Ключевые слова: геополимерный бетон, технология, магматические горные породы, доменный шлак, отходы горной промышленности.

 

Производство геополимерных вяжущих — наиболее перспективная альтернатива технологии портландцемента [1]. Одной из разновидностей геополимерных вяжущих являются вяжущие на основе магматических горных пород. В нашей стране для таких материалов используется термин «минерально-щелочное вяжущее» [2]. В качестве сырья для производства этих вяжущих щелочной активации могут быть использованы измельченные магматические горные породы. Важным преимуществом такого сырья являются значительные запасы дисперсных отсевов дробления щебня и отходов обогащения руд.

Некоторые исследователи считают перспективными для получения вяжущих более активные при взаимодействии с щелочными активаторами излившиеся (вулканические) породы [3, 4], однако на основе глубинных пород также были получены вяжущие с достаточно высокими характеристиками [2, 5].

Измельченные горные породы твердеют при активации комплексным активатором, состоящим из жидкого стекла и щелочи. При введении в состав вяжущего добавки доменного гранулированного шлака оно твердеет как при тепловлажностной обработке, так и в нормальных условиях [2, 5]. Без добавки шлака твердение происходит только в результате прогрева при температуре 60 ºС и выше. Существенным недостатком вяжущих без добавки шлака является их низкая водостойкость — при длительном насыщении водой их прочность снижается на 65–85 %, что не позволит использовать такие вяжущие во влажных условиях [5].

Твердение геополимерных вяжущих на основе магматических горных пород с модифицирующей добавкой — доменным гранулированным шлаком происходит под действием комплексного активатора, включающего силикат и гидроксид натрия. Высокую прочность и быстрое твердение в сочетании с низкой усадкой обеспечивается при силикатном модуле активатора в интервале от 1,3 до 1,5.

Существенным преимуществом минерально-щелочных вяжущих на основе магматических горных пород в сравнении с минерально-шлаковыми, геошлаковыми и геосинтетическими вяжущими на основе осадочных пород является возможность приготовления жестких и малопластичных бетонных смесей, пригодных для формования с помощью виброуплотнения сборных железобетонных конструкций в условиях заводского производства. При этом такие бетоны являются водостойкими [2] в отличие от изделий на основе геошлаковых и геосинтетических вяжущих, которые могут иметь прочность 90–160 МПа [6].

Технология производства бетонных изделий на минерально-щелочном вяжущем состоит из двух этапов: на первом этапе осуществляется измельчение компонентов минерально-сырьевой смеси, на втором — смешивание измельченных компонентов вяжущего с активирующим раствором и заполнителем. Технологическая схема производства бетона на основе такого вяжущего приведена на рис. 1.

Рис. Технологическая схема производства бетона на основе минерально-щелочного вяжущего (обозначения в тексте)

 

В качестве основного компонента минерально-щелочного вяжущего используются измельченные горные породы магматического происхождения, отходы горой промышленности. Использование этих материалов позволяет снизить стоимость сырья, за счет снижения затрат на его поиск, разведку и разработку. В предлагаемой технологии возможно использование огромных запасов добычи и переработки горных пород: только при дроблении щебня ежегодно образуется несколько миллионов тонн дисперсных отходов, которые практически не используются и накапливаются в отвалах. За многие годы добычи щебня вблизи карьеров скопились десятки миллионов тонн отходов дробления.

Применение отходов в производстве минерально-щелочных вяжущих не только обеспечит предприятия дешевым сырьем, но и позволит решить одну из экологических проблем, связанных с добычей полезных ископаемых.

Другим источником сырья для минерально-щелочного вяжущего могут быть отходы обогащения руд — хвосты. Эти материалы также находятся в измельченном состоянии, что позволяет значительно снизить расходы энергии на их помол. Объемы накопившихся хвостов составляют сотни миллионов тонн.

Кроме горных пород в состав безобжигового вяжущего входит доменный гранулированный шлак в количестве 10…25 % от массы вяжущего [2]. Добавка шлака является важным компонентом вяжущего, так как она обеспечивает повышение прочности; кроме того, вяжущее без этой добавки твердеет только в условиях тепловой обработки. Но самое главное, введение шлаков позволяет получить водостойкое вяжущее. Без добавки шлака коэффициент размягчения находится в интервале от 0,1 до 0,5, в зависимости от горной породы, а при введении его в оптимальном количестве вяжущее после продолжительного насыщения водой не теряет прочности [7, 8].

Для снижения транспортных затрат при выборе места размещения производства минерально-щелочного вяжущего необходимо учитывать расстояние до предприятий по добыче щебня или обогащения руды — металлургических комбинатов — поставщиков шлаков и потребителей вяжущих и бетонных изделий на их основе.

Как уже отмечалось, в качестве активатора твердения минерально-щелочного вяжущего используется натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 1,3…1,5. Жидкое стекло с таким низким модулем получают из товарного стекла с модулем 2,2…3 путем введения в его состав необходимого количества NaOH. Расход активатора в пересчете на сухое вещество составляет 10…13 %.

Твердые компоненты вяжущего и бетона поступают на предприятие по производству минерально-щелочного вяжущего и бетона автомобильным (обычно это песок) и железнодорожным транспортом (крупный заполнитель; отсев камнедробления; шлак) и выгружаются в соответствующие приемные бункера 1–4 (см. рис.).

Гранулированный доменный шлак и отходы добычи гранита, находящиеся на складе в бункерах 3, 4, дозируются 5 и подаются ленточным конвейером 6 в расходный бункер 7 шаровой мельницы 8. После измельчения в шаровой мельнице одновременного помола и сушки топочными газами из подтопка 9 сырьевые компоненты поступают в элеватор 10, подающий порошок в центробежный сепаратор 11. Тонкие частицы транспортируются пневмокамерным насосом 12 в силосы 13, грубые частицы возвращаются на домол. Тонкоизмельченный минерально-шлаковый порошок из силосов транспортируется пневмовинтовым насосом в расходный бункер 14 бетоносмесительного узла, в котором также размещаются расходные бункера песка 15 и щебня 16. Находящиеся в расходных бункерах 18, 19, 20 жидкое стекло, щелочь и вода дозируются дозатором 21, подаются в смеситель активатора 22, где они перемешиваются. Приготовленный активатор поступает в бетоносмеситель 23, в который сначала подается минерально-шлаковый порошок из расходного бункера 14, отвешенный дозатором 17, а затем из расходных бункеров 15, 16 поступает мелкий и крупный заполнитель. Готовая бетонная смесь направляется в бетоносмесительный цех или отгружается стороннему потребителю.

Технология геополимерных вяжущих и бетонов на их основе характеризуется низкими затратами для ее организации. Компоненты вяжущего — магматическая горная порода и гранулированный доменный шлак могут поступать на предприятия, выпускающие бетонные изделия и конструкции. Если в регионе отсутствуют поставщики этих компонентов в измельченном виде, то на предприятии, использующем геополимерное вяжущее, возможна организация участка измельчения отсева дробления и шлака до необходимой удельной поверхности — 300…350 м2/кг.

Производство изделий и конструкций из геополимерного вяжущего на основе магматических горных пород с добавкой шлака возможно на технологических линиях по производству бетонов на основе портландцемента. Для производства продукции со стабильным качеством в таких технологических линиях необходимо предусмотреть дополнительный смеситель для дозирования и однородного перемешивания измельченной горной породы со шлаком, а также установку для приготовления комплексного активатора путем растворения щелочи в жидком стекле.

Исследования характеристик бетона, полученного с применением геополимерного вяжущего на основе магматических горных пород, позволили установить, что этот материал характеризуется прочностью при сжатии 20…40 МПа, модулем упругости 15…35 ГПа [9], что позволяет использовать его в качестве конструктивного материала в современном строительстве. Исследования морозостойкости такого бетона показали, что он имеет марку по морозостойкости F1 600 и F2 200 и может быть рекомендован для изготовления наружных конструкций зданий и сооружений, а также в качестве дорожного бетона для большинства климатических районов России.

 

Литература:

 

1.         Davidovits J. Geopolymer chemistry and applications / J. Davidovits // 3rd eddition. — France, Saint-Quentin: Institute Geopolymer, 2011. — 614 p.

2.         Ерошкина, Н. А. Минерально-щелочные вяжущие: моногр. / Н. А. Ерошкина, В. И. Калашников, М. О. Коровкин. — Пенза: ПГУАС, 2012. -152 с.

3.         Ахвердиева Т. А. Безобжиговые щелочно-минеральные вяжущие и бе¬тоны на основе Джабраильского вулканического пепла // Естественные и технические науки. 2009. № 2. С. 417–422.

4.         Desarrollo de un cemento de base silicatada a partir de rocas volcánicas vítreas alcalinas: interpretación de los resultados preindustriales basada en la composición químico-mineralógica de los precursores geológicos / D. Gimeno, J. Davidovits, C. Marini, P. Rocher, S.Tocco and al. // bol. Soc. Esp. Ceram. Vidrio. 2003. Vol. 42. P. 69–78.

5.         Ерошкина Н. А., Коровкин М. О., Аксенов С. В. Влияние минерального состава магматических горных пород на активность геополимерного вяжущего // Региональная архитектура и строительство. 2013. № 1. С. 84–89.

6.         Мороз М. Н., Калашников В. И., Суздальцев О. В. Геосинтетические строительные материалы // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 8–1 (40). С. 129–133.

7.         Ерошкина Н. А. Исследование вяжущих, полученных при щелочной активизации магматических горных пород // Строительство и реконструкция. 2011. № 1. С. 61–65.

8.         Ерошкина Н. А., Коровкин М. О., Сурков А. Н. Оценка магматических горных пород в качестве сырья для получения геополимерных вяжущих // Молодой ученый. 2014. № 20. С. 120–123.

9.         Ерошкина Н. А., Коровкин М. О. Исследование деформационно-прочностных свойств бетона на основе минерально-щелочного вяжущего // Вестник МГСУ. 2011. № 2–2. С. 314.

Основные термины (генерируются автоматически): порода, добавок шлака, жидкое стекло, доменный гранулированный шлак, комплексный активатор, расходный бункер, гранулированный доменный шлак, минерально-шлаковый порошок, крупный заполнитель, шаровая мельница.


Ключевые слова

технология, магматические горные породы, геополимерный бетон, доменный шлак, отходы горной промышленности.

Похожие статьи

Замещение портландцемента молотым доменным шлаком

Одним из таких является молотый доменный гранулированный шлак.

Минеральные добавки отличаются от заполнителя мелким размером зерен, менее 0.16мм, а от химических добавок тем, что не растворяются в воде.

Роль крупного заполнителя на формирование цементного камня...

Авторами произведены исследования свойств шлакощелочных бетонов на основе крупных заполнителей разных пород.

шлак.

Исследование свойств геополимерного вяжущего на основе...

Дозировка шлака составляла 25 % и 10 % от массы вяжущего [5]. В качества активатора твердения исследовались щелочные добавки А1 — гидроксид натрия и А2 — натриевое жидкое стекло, которые растворялись в воде затворения.

Оценка магматических горных пород в качестве сырья для...

тепловая обработка, порода, удельная поверхность, щелочная активация, коэффициент размягчения, силикат натрия, прочность, состав, доменный гранулированный шлак, жидкое стекло.

Исследование свойств минерально-щелочных композитов...

Для изготовления вяжущего использовались измельченные до удельной поверхности 350 м2/кг отсев дробления гранитного щебня и доменный гранулированный шлак, которые перемешивались с песком.

Использование отходов предприятий черной и цветной...

При переработке доменных шлаков получают гранулированный шлак для производства цемента, закладки выработанного пространства, производства местных и шлакощелочных вяжущих заполнителей бетонов, шлакощелочной пемзы...

Структурообразование геополимерного вяжущего на основе...

Ключевые слова: геополимер, гранит, базальт, доменный шлак, структурообразование, прочность.

Для модифицирования геополимеров могут использоваться различные материалы [1, 2], наиболее распространенным из которых является доменный гранулированный шлак.

Диверсификация производства: использование отходов...

Основные компоненты глиноземистого шлака, полученного способом доменной плавки боксита, а также химический состав доменного шлака представлены на рис. 2. Рис. 2. Химические составы глиноземистого (бокситного) и доменного шлаков.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Замещение портландцемента молотым доменным шлаком

Одним из таких является молотый доменный гранулированный шлак.

Минеральные добавки отличаются от заполнителя мелким размером зерен, менее 0.16мм, а от химических добавок тем, что не растворяются в воде.

Роль крупного заполнителя на формирование цементного камня...

Авторами произведены исследования свойств шлакощелочных бетонов на основе крупных заполнителей разных пород.

шлак.

Исследование свойств геополимерного вяжущего на основе...

Дозировка шлака составляла 25 % и 10 % от массы вяжущего [5]. В качества активатора твердения исследовались щелочные добавки А1 — гидроксид натрия и А2 — натриевое жидкое стекло, которые растворялись в воде затворения.

Оценка магматических горных пород в качестве сырья для...

тепловая обработка, порода, удельная поверхность, щелочная активация, коэффициент размягчения, силикат натрия, прочность, состав, доменный гранулированный шлак, жидкое стекло.

Исследование свойств минерально-щелочных композитов...

Для изготовления вяжущего использовались измельченные до удельной поверхности 350 м2/кг отсев дробления гранитного щебня и доменный гранулированный шлак, которые перемешивались с песком.

Использование отходов предприятий черной и цветной...

При переработке доменных шлаков получают гранулированный шлак для производства цемента, закладки выработанного пространства, производства местных и шлакощелочных вяжущих заполнителей бетонов, шлакощелочной пемзы...

Структурообразование геополимерного вяжущего на основе...

Ключевые слова: геополимер, гранит, базальт, доменный шлак, структурообразование, прочность.

Для модифицирования геополимеров могут использоваться различные материалы [1, 2], наиболее распространенным из которых является доменный гранулированный шлак.

Диверсификация производства: использование отходов...

Основные компоненты глиноземистого шлака, полученного способом доменной плавки боксита, а также химический состав доменного шлака представлены на рис. 2. Рис. 2. Химические составы глиноземистого (бокситного) и доменного шлаков.

Задать вопрос