CC BY
27УДК 666.9.01
В.В. СТРОКОВА, д-р техн. наук, И.В. ЖЕРНОВСКИЙ, канд. геол.-мин. наук, А.В. МАКСАКОВ, инженер (alvimax@intbel.ru), Л.Н. СОЛОВЬЕВА, канд. техн. наук, Ю.Н. ОГУРЦОВА, инженер (lora80@list.ru), Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
Экспресс-метод определения активности кремнеземного сырья для получения гранулированного наноструктурирующего заполнителя
Основными направлениями развития строительной отрасли России в настоящий момент являются расширение производства эффективных материалов и изделий для малоэтажного и индивидуального жилищного строительства с использованием местных строительных материалов и энергосберегающих технологий [1, 2]. Важным направлением развития подотрасли производства изделий из легких бетонов остается расширение сырьевой базы и исключение высокотемпературных этапов производства легких заполнителей.
Ранее был разработан гранулированный нанострук-турирующий заполнитель (ГНЗ) пролонгированного действия на основе кремнеземного сырья без высокотемпературной обработки как самого заполнителя, так и бетона на его основе [3, 4]. Также исследована возможность использования данного заполнителя для получения силикатных автоклавных материалов [5, 6].
Цель настоящей работы — разработка экспресс-метода определения эффективности применения сырья для получения ГНЗ.
Анализ запасов кремнеземного сырья различного генетического типа на территории РФ показал, что общие запасы преимущественно аморфизованных кремнеземных пород осадочного и эффузивного происхождения составляют более 1 млрд т [7—9]. Были исследованы: опока Алексеевского месторождения (Мордовия); диатомитовый порошок Diasil (ГК <^ат1х», Ульянов-
ская обл.); вспученный перлитовый песок (ООО «Бенто-пром», Белгородская обл.); трепел Фокинского месторождения (Брянская обл.); перлит Мухор-Талинского месторождения (Бурятия); трепел месторождения Стальное (Беларусь); опока Коркинского месторождения (Челябинская обл.). Для сравнения был использован гидроксид кремния. В ходе исследования помимо кремнеземных пород также были использованы глинистые, что объясняется присутствием глинистых минералов в виде примесей в кремнеземных породах, а также зола-унос ТЭЦ.
В качестве интегральной характеристики оценки свойств кремнеземного сырья использован коэффициент активности. Для определения коэффициента активности был разработан экспресс-метод.
Высушенную навеску кремнеземного сырья, измельченного до прохождения через сито с диаметром ячеек 0,315 мм, помещали в коническую колбу. Туда же заливали предварительно приготовленный раствор №ОН. Для метода была выбрана концентрация щелочи 30%, так как при дальнейшем увеличении количества щелочи у модельной системы — гидроксида кремния увеличения количества прореагировашего вещества не происходило. Колбу плотно закрывали притертой пробкой, чтобы исключить проникновение воздуха. Полученную суспензию перемешивали на встряхивающем столике в течение 10 мин, после чего подвергали тепловой обработке в течение 2 ч при 90оС в пропарочной камере или закрытой
Сырье KA, % Силикатный модуль Рациональное количество щелочи
Гидроксид кремния 76 4,11 28,50
Опока Алексеевского месторождения (Мордовия) 40,5 2,92 20,05
Диатомитовый порошок Diasil (ГК «Diamix», Ульяновская обл.) 40,1 2,89 19,85
Трепел Фокинского месторождения (Брянская обл.) 39,2 2,82 19,4
Опока Коркинского месторождения (Челябинская обл.) 25,4 1,83 12,57
Каолин обогащенный (ОАО «Рифей», Челябинская обл.) 16,3 1,17 8,07
Вспученный перлит (ООО «Бентопром», Белгородская обл.) 15,6 1,12 7,72
Трепел месторождения Стальное (Беларусь) 12,1 0,87 -
Перлит Мухор-Талинского месторождения (Бурятия) 8,4 0,61 -
Обсидиан Гюмушского месторождения (Армения) 7,8 0,56 -
Монтмориллонит Гумбрского месторождения (Грузия) 6 0,43 -
Зола-унос Новотроицкой ТЭЦ (Оренбургская обл.) 4,5 0,32 -
38
научно-технический и производственный журнал
январь 2013
jVJ ®
2700 2400 2100 1800 1500 1200 900 600 300 0
Q
Отсутствие отражений Профиль отражений
СТ-опала на рентгенограмме материала ядра ГНЗ 'после активации
Q
СТ-опала
Минеральный состав опоки, мас. % Кварц 17
Кристобалит (низк. темп.) 47 Тридимит (низк. темп.) 7
Биотит 8
13
29 33
20, (о)
37
45
49
Изменение фазового состава ядра ГНЗ до (1) и после ТВО (2) на примере опоки (Республика Мордовия): СТ - кристобалит-тридимитовые опалы; Q - кварц
водяной бане. Термообработанную суспензию фильтровали, минеральный остаток трижды промывали дистиллированной водой, затем высушивали до постоянной массы и взвешивали. Определяли количественный химический состав отфильтрованной жидкости. Чтобы избежать нарушения гидратации цемента, параллельно проводили расчет силикатного модуля образующихся растворов полисиликатов.
Коэффициент активности определяли по формуле: /и, -тп
КЛ =
т.
-х100%
(1)
где КА - коэффициент активности кремнеземного сырья, %; т1 - масса исходного кремнеземного сырья, г; т2 — масса высушенного минерального остатка, г.
По разработанному экспресс-методу было проанализировано сырье различного генетического типа. На основании результатов проведено ранжирование кремнеземного сырья по степени снижения коэффициента активности и силикатного модуля (см. таблицу).
Применение разработанного экспресс-метода определения активности кремнеземного сырья позволило ранжировать последнее по величине коэффициента активности на высокоактивное 51—100%, активное 2150%, малоактивное 5—20%.
Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что осадочные хемо- и биогенные кремнеземные породы с низкой степенью диагенетических преобразований, представленные в своей основе СТ-опалами (низкотемпературные наноразмерные модификации тридимита и кристобалита), — диатомит, трепел и опока характеризуются наиболее высокой активностью. Факторами снижения активности кремнеземного сырья следует считать присутствие высокотемпературных модификаций и значительные концентрации кристаллизованного кремнезема. Как видно из полученных результатов, силикатный модуль образующегося раствора полисиликатов зависит от КА сырья, который, в свою очередь, определяется содержанием кристобалит-тридимитовых опаловидных компонентов. Следует отметить, что с уменьшением КА, а следовательно, и силикатного модуля количество щелочи в составе ядра ГНЗ должно быть снижено для сохранения допустимого значения силикатного модуля.
На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны следующие требования к кремнеземному сырью для изготовления ГНЗ, используемого в бетоне, твердеющего при тепловлажностной обработке:
— коэффициент активности кремнеземного сырья должен быть не менее 15%;
— силикатный модуль образующихся полисиликатов должен быть не менее 1, при меньших его значениях
цементный камень будет обладать низкой прочностью и водостойкостью.
На основе опоки Алексеевского месторождения (Мордовия) с учетом рекомендуемого количества щелочи в составе ядра был получен ГНЗ. Результаты определения изменения минерального состава ядра ГНЗ до и после тепловлажностной обработки со щелочью по данным РФА (см. рисунок) свидетельствуют, что опока Алексеевского месторождения, характеризующаяся наибольшим коэффициентом активности из исследованного природного кремнеземного сырья, представлена в своей основе низкотемпературными наноразмер-ными модификациями тридимита и кристобалита.
Таким образом, с использованием разработанного экспресс-метода определения активности кремнеземных компонентов как сырья для получения ГНЗ и требований к их составу, а также к количеству щелочи в составе ядра ГНЗ становится возможным рациональный выбор исходного сырья, достижение максимального количества прореагировавшего кремнеземного вещества в процессе тепловлажностной обработки бетона, следовательно, повышение степени его пропитки полисиликатами натрия.
Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации: соглашение 14.132.21.1702; программа стратегического развития БГТУ им. В.Г. Шухова.
Ключевые слова: легкий бетон, гранулированный нано-структурирующий заполнитель, кремнеземное сырье, активность.
Список литературы
1. Житомирская Е. Кризис осложнил развитие рынка многоэтажного домостроения // Технологии бетонов. 2009. № 7/8. С. 12-15.
2. Белкин А.Н., Гольцов И.Н., Филиппов Е.В. Экодом: энергоэкономичность и экологичность // Строительные материалы. 2011. № 7. С. 40-43.
3. Лозовая С.Ю., Строкова В.В., Соловьева Л.Н., Гринев А.П., Огурцова Ю.Н. Прогнозирование свойств конструкционно-теплоизоляционного бетона на основе гранулированного наноструктурирующего заполнителя // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2011. № 1. С. 15-19.
4. Строкова В.В., Соловьева Л.Н., Максаков А.В., Огурцова Ю.Н. Механизм структурообразования строительных композитов с гранулированным нано-структурирующим заполнителем пролонгированного действия // Строительные материалы. 2011. № 9. С. 64-65.
5. Лесовик В.С., Мосьпан А.В. Прессованные силикатные изделия на гранулированных заполнителях // Известия КГАСУ. 2012. № 3 (21). С. 144-150.
6. Лесовик В.С., Мосьпан А.В., Беленцов Ю.А. Силикатные изделия на гранулированных заполнителях для сейсмостойкого строительства // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2012. № 4. С. 62-65.
7. Баранова М.Н., Коренькова С.Ф., Чумаченко Н.Г. История освоения кремнистых пород // Строительные материалы. 2011. № 8. С. 4-6.
8. НикифоровЕ.А., Логанина В.И., СимоновЕ.Е. Влияние щелочной активации на структуру и свойства диатомита // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2011. № 2. С. 30-32.
9. Магдеев У.Х., Хардаев П.К. Эффективные бетоны на основе эффузивных пород // Технологии бетонов. 2008. № 4. С. 50-52.
41
Г; научно-технический и производственный журнал
М ® январь 2013 39~
