Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,674

ПЕНОБЕТОНЫ НА БЫСТРОТВЕРДЕЮЩЕМ ЦЕМЕНТЕ ИЗ МЕСТНОГО СЫРЬЯ ЯКУТИИ

Рожин В.Н. 1 Местников А.Е. 1
1 ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова»
В статье рассматриваются особенности производства быстротвердеющего портландцемента (БТЦ), получаемого совместным помолом привозного портландцементного клинкера от ОАО «Якутцемент» с активными минеральными добавками (АМД) на месте его применения. Приводится минералогический состав портландцементного клинкера и химический состав исходных компонентов, результаты оптимизации состава исходных смесей для получения БТЦ и его основные свойства. В качестве активных минеральных добавок применяются такие природные материалы, как кварцевый песок, цеолитсодержащая порода, гипсовый камень. Установлены зависимости прочностных характеристик цементно-песчаного камня от тонкости помола АМД и портландцементного клинкера. Уточнены составы и свойства пенобетонов неавтоклавного твердения на основе созданного БТЦ, тем самым обоснована эффективность производства БТЦ с активными минеральными добавками из местного природного сырья.
портландцементный клинкер
быстротвердеющий цемент
активные минеральные добавки
карьерный песок
цеолитсодержащая порода
гипсовый камень
цементно-песчаный раствор
пенобетон неавтоклавного твердения
составы
свойства
1. Бикбау М.Я., генеральный директор ОАО «Московский ИМЭТ». Инновационная нанотехнология цемента // Время инноваций. – Режим доступа: http://time-innov.ru/page/jurnal/2013-2/rubric/2/article/16 (дата обращения 15.10.2015).
2. Домол цемента на месте его использования // Информационно-справочный строительный портал «Все о строительных материалах и строительстве». – Режим доступа: http://www.asbocem.ru/cement07.html (дата обращения 15.10.2015).
3. Местников А.Е. Пенобетон в изделиях и конструкциях. – Якутск: Издательский дом СВФУ, 2013. – 139 с.
4. Федорова Г.Д., Матвеева О.И., Павлюкова И.Р., Васильев И.Г. Высококачественные бетоны для конструкций мостов и гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в климатических условиях Якутии // Бетон и железобетон – взгляд в будущее: научные труды III Всероссийской (международной) конференции по бетону и железобетону (Москва, 12–16 мая 2014 г.) – Т. 5. – М.: МГСУ, 2014. – С. 72–85.
5. Fedorova G.D., Alexandrov G.N., Yakovlev G.I., Polyanskikh I.S., Pudov I.A. Fine grain portland cement concrete with complex nanodisperse admixture for structure rehabilitating // Sanace a reconstrukce stav 2014, sbornic konferenct / CRRB-16th International Conference on Rehabilitation and Reconstruction of Buildings, sbornic obsornych abstraktu. – Brno: WTA CZ, 2014. – С. 147.

В настоящее время портландцемент является широко используемым гидравлическим вяжущим. Одним из существенных недостатков данного вяжущего является его потеря активности при длительном хранении. Производитель гарантирует соответствие цемента требованиям в течение 45–60 суток после отгрузки при условии соблюдения правил его транспортировки и хранения. Республика Саха (Якутия) – самый крупный по площади субъект Российской Федерации, занимает 3,1 млн км². Цемент завозится водным транспортом в период краткосрочной навигации. В результате транспортировки в отдаленные районы республики и длительного хранения происходит частичная гидратация и слёживаемость цемента. Общеизвестно, что чем дольше цемент лежит на складах, тем более глубокие его слои теряют активность вследствие гидролиза и гидратации составляющих их минералов по широко известным реакциям. В то же время многочисленными исследованиями [1] установлено, что из лежалых клинкеров можно получать цементы с высокими свойствами в отличие от лежалых цементов, поверхность зерен которых была значительно выше поверхности зерен клинкера.

На наш взгляд, одним из решений обеспечения строительства высококачественным цементом в отдаленных районах северных регионов страны может быть использование привозного портландцементного клинкера с совместным помолом его с местными активными минеральными добавками (кварцевый песок, шлаки, другие горные породы).

Портландцементный клинкер представляет собой спёкшиеся гранулы, что предопределяет возможность его длительного хранения без потери гидравлических свойств.

В экспериментальных исследованиях для получения местного (на месте производства) цемента использован портландцементный клинкер производства ОАО «Якутцемент». По минералогическому составу портландцемент ОАО «Якутцемент» алитоалюминатный и относится к быстротвердеющим портландцементам (БТЦ), благодаря высокому суммарному содержанию трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината (не менее 60 %).

В испытаниях в качестве активных минеральных добавок (АМД) использовались цеолитсодержащие породы месторождения Хонгуруу (цеолит Хонгуруу), кварцевый песок Кильдямского месторождения, гипсовый камень Олёкминского месторождения. Содержание в гипсовом камне СаSО4?2Н2О составляет 80,8 %, что соответствует III сорту.

Согласно ГОСТ 31108-2003 допускается ввод минеральных добавок до 65 % (шлакопортландцемент) от массы портландцементного клинкера. Цементные заводы, как обычно, используют не более 15 % минеральных добавок.

В испытаниях добавки вводились в количестве 5, 7, и 10 % от массы вяжущего. Совместный помол клинкера и АМД производился в планетарной шаровой мельнице Retsch РМ-400. Удельную поверхность определяли методом газопроницаемости на приборе ПСХ-11(SP).

Определение влияния тонкости помола добавки из кварцевого песка и цеолита Хонгуруу на свойства БТЦ проводили на образцах 40×40×160 мм, изготовленных из цементно-песчаного раствора 1:3. Портландцементный клинкер без добавок размалывался до значения удельной поверхности 380 м²/кг. Результаты исследования свойств БТЦ приведены на рисунке.

Таблица 1

Минералогический состав портландцементного клинкера (среднестатистические данные завода ОАО «Якутцемент»)

С3S

(алит)

С2S

(белит)

С3А

(3-кальциевый алюминат)

С4 AF

Силикатный модуль

Глиноземный модуль

Коэффициент насыщения

58,70

16,38

6,44

14,35

2,08

1,15

0,91

Таблица 2

Химический состав исходных компонентов для изготовления БТЦ

№ п/п

Оксид

Содержание, %, мас.

Клинкер

Кварцевый песок

Цеолит Хонгуруу

Гипсовый камень

1

SiO2

21,16

81,57

65,2

0,25–8,52

2

CaO

64,85

0,89

2,6

27,75–32,53

3

MgO

2,71

0,93

1,9

0,24–9,60

4

Al2O3

5,45

9,03

12,2

0,19

5

Fe2O3

4,72

1,73

1,1

0,01–0,22

6

п.п.п

0,11

1,23

13,5

1,38

Таблица 3

Составы исходных смесей для изготовления БТЦ

№ п/п

Исходные компоненты БТЦ

Содержание, % мас.

Состав 1

Состав 2

Состав 3

Состав 4

Состав 5

Состав 6

1

Клинкер

85

88

90

85

88

90

2

Кварцевый песок

10

7

5

3

Цеолит Хонгуруу

10

7

5

4

Гипсовый камень

5

5

5

5

5

5

pic_68.wmf

Зависимости прочности цементно-песчаного раствора в возрасте 28 суток нормального твердения от тонкости помола клинкера с кварцевым песком 1 и цеолитом 2

Установлено, что повышение удельной поверхности клинкера с кварцевым песком до 410 м2/кг ведет к понижению прочности цементного раствора. В дальнейшем исследовался тонкомолотый клинкер с добавкой горного песка с удельной поверхностью 330 м²/кг. Максимальная прочность цементного раствора с добавкой природных цеолитов достигается при удельной поверхности 410 м²/кг.

Для определения влияния минеральных добавок на прочность цементного камня формовались образцы размерами 20×20×20 мм, которые твердели в условиях тепловлажностной обработки (ТВО) по режиму: 3 часа – подъем температуры до 95 °С, 7,5 часов – изотермическая выдержка при данной температуре и 3 часа – снижение температуры до 20 °С, и в нормальных условиях. Прочность образцов, твердевших при нормальных условиях, определялась в возрасте 3, 7, 14 и 28 суток.

Установлено, что прочность образцов цементных камней на основе БТЦ соответствует прочностным характеристикам контрольных образцов, изготовленных на портландцементе марки ЦЕМ I 42,5Б ОАО «Якутцемент» (табл. 4).

На основе полученного БТЦ были исследованы образцы пенобетонов, изготовленных в лабораторных, заводских и построечных условиях. Среднестатистические показатели пенобетонов неавтоклавного твердения на основе портландцемента ОАО «Якутцемент» ЦЕМ I 42,5Б [3] и его аналога – БТЦ, изготовленного на месте его применения, за 2006–2015 годы приведены в табл. 5.

Таблица 4

Прочность при сжатии образцов цементного камня, изготовленных из молотого клинкера с минеральными добавками, МПа

Наименование добавки

Количество добавки, % от массы вяжущего

5

7

10

Твердение в нормальных условиях в течение 28 суток

Тонкомолотый клинкер с кварцевым песком

48,9

50,1

52,4

Тонкомолотый клинкер с цеолитом Хонгуруу

46,5

47,3

47,2

Твердение в условиях ТВО

Тонкомолотый клинкер с кварцевым песком

47,2

49,1

50,8

Тонкомолотый клинкер с цеолитом Хонгуруу

45,5

46,3

46,1

Таблица 5

Физико-механические характеристики неавтоклавного пенобетона

Средняя плотность в сухом состоянии, кг/м3

Пределы отклонений ср. плотности в сухом состоянии, кг/м3

Состав сухой смеси, %

Класс по прочности для блоков

Средняя прочность на сжатие, МПа

БТЦ

(или ПЦ 500-Д0)

Песок

Мкр = 1,45

300

250–350

100

В0,25

0,5

400

350–450

100

В0,5

0,8

500

451–550

100

В1

1,6

70

30

В1

1,4

600*

551–650

100

В1,5

2,3

70

30

В1

1,9

700

651–750

100

В2

3,4

70

30

В1,5

2,7

60

40

В1

2,1

800*

751–850

70

30

В2,5

3,9

60

40

В2

3,0

50

50

В1,5

2,5

Примечание. * – составы пенобетонной смеси апробированы на основе разработанного БТЦ.

Таким образом, производство и применение БТЦ на основе местного сырья, аналогичного по свойствам портландцементу марки ЦЕМ I 42,5Б «Якутцемент» (100 км от г. Якутска), может быть одним из весьма актуальных и целесообразных решений программы доступного жилья для отдаленных районов Крайнего Севера с слабой инфраструктурой. Для реализации технологии БТЦ и конкурентоспособных строительных изделий и конструкций следует предусмотреть на площадках ЖБИ, ДСК и других предприятий в промышленных (районных) центрах региональные помольные цеха мощностью 50–350 тыс. т цемента в год. С учетом экономии на транспорте цемента, возрастающих потребления и стоимости цемента окупаемость капиталовложений в такие цеха составит, в зависимости от объема производства, от двух до четырех лет.

В частности, Мирнинский район Республики Саха (Якутия), крупная алмазная провинция России, в последние годы закупает в ОАО «Якутцемент» только клинкер и производит в своих помольных цехах широкую номенклатуру цементов (от сульфатостойких до высокопрочных) для собственных нужд, добавляя в привозной клинкер местные минеральные добавки [4–5]. На наш взгляд, помольные цеха в первую очередь следует установить в пос. Тикси, находящемся в центре стратегически важного северо-восточного арктического региона страны, в городах Вилюйск и Ленск, находящихся на важных воднотранспортных артериях республики.


Библиографическая ссылка

Рожин В.Н., Местников А.Е. ПЕНОБЕТОНЫ НА БЫСТРОТВЕРДЕЮЩЕМ ЦЕМЕНТЕ ИЗ МЕСТНОГО СЫРЬЯ ЯКУТИИ // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 2-1. – С. 86-89;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39885 (дата обращения: 28.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674