CC BY
39
УДК 666.96; 666.97
В. В. РИБК1Н, В. В. КОВАЛЕНКО, Ю. Л. ЗАЯЦЬ, П. О. ПШ1НЬКО, В. П. ЛИСНЯК, Л. О. ЯРИШКИА, С. В. ВАСИЛЬЕВА, С. В. КОВАЛЕНКО (ДПТ)
ДОСЛ1ДЖЕННЯ Ф1ЗИКО-Х1М1ЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК КРУПНИХ ЗАПОВНЮВАЧ1В БЕТОНУ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА ЗАЛ1ЗОБЕТОННИХ ШПАЛ
В роботi проведено аналiз реакцшно! здатностi та фракцшного складу крупних заповнювачiв для вироб-ництва залiзобетонних шпал.
Ключовi слова: лужно-кремшевокисла реакцiя, щебiнь, фракцiйний склад, слюда
Украша мае багат родовища яюсного граш-ту. Але застарше обладнання кар'ер1в, вщсут-шсть належного контролю за вщповщшстю яюсних показниюв щебешв, що виготовляють-ся з украшських грантв та напрямком 1х вико-ристання створюе шод1 проблеми з довгов1чш-стю для виготовлених з них зал1зобетонних ви-роб1в.
Одним з найбшьш вщповщальних напрямюв використання граштного щебеню е виготов-лення зал1зобетонних шпал. В умовах експлуа-таци шпал поеднуються значш динам1чш нава-нтаження з агресивним впливом оточуючого середовища. Яюсний вщс1в щебеню вщповщае за щшьшсть бетонних вироб1в, а низька реак-цшна здатнють попереджае лужно-крем-шевокислу реакщю в процес 1х експлуатаци [1]. Тому системний анал1з партш щебеню для виробництва зал1зобетонних шпал е актуаль-ним.
Метою роботи е дослщження можливосп використання щебеню р1зних Укра1нських ро-довищ для виробництва зал1зобетонних шпал.
Об'ектом дослщження був щебшь р1зних фракцш Передаточинського, Мокрянського, Редутського, Пшзевицького, Хлистушвського, Гшванського, Бех1вського, Крюковського, Сам-чинецького та Старокостянтитвського кар'ер1в.
В робот застосовано фотокалориметричш I вагов1 методики анал1зу реакцшно! здатносп, методи визначення фракцшного складу та мак-роскотчний анал1з.
Необхщнють вхщного контролю реакцшно1 здатносп партш щебеню на пщприемствах -виробниках затверджено нормами ДСТУ [2]. Реакцшну здатнють заповнювач1в в данш робот визначали фотометричним { ваговим методами.
Дослщження щебеню Передаточинського, Мокрянського, Редутського, Пшзевицького, Хлистушвського, Гшванського, Бех1вського, Крюковського, Самчинецького та Старокостян-
тишвського кар'ер1в показало, що за вмютом реакцшно здатного кремнезему ус зразки вщ-повщають вимогам ДСТУ Б В.2.7-76-98. Кшь-юсть реакцшноздатного кремнезему в них складае вщ 6,4 до 35,31 ммоль/л.
Дослщження розм1р1в часток щебеню та на-явносп в них великих кристал1в слюди, як знижують як мщносп характеристики матер1а-лу (утворення велико1 дол1 щебеню лщадно! та голкопод1бно1 форми), так { адгезивш властиво-ст цементного розчину при формуванш бетон-но1 сумш1 проводилося за нормами ДСТУ Б В.2.7-75-98 (табл. 1). За означеним стандартом мшмальний розм1р часток фракцп повинен складати вщ 90 до 100 %. 0,5 (ё+П) - вщ 30 до 80 %, максимальний розм1р П - до 10 %, фракщя розм1р1в 1,25П не повинна перевищувати 0,5 %.
Результати розшву щебеню Бех1вського кар'ероуправлшня фракци 5...20 мм наведено в табл. 1.
Таблиця 1
Фракцшний склад щебеню Бехiвського кар'еру фр акци 5.. .20 мм
Розмiри сит, мм Прой-
Повш зали- шки, % 25 20 10 5 0,16 шло с^зь сито
0,16, %
14,17 48,09 95,39 99,77 99,91
ё(5) = 99,77 %; 0,5(5+20) = 73,98 %; П(20) = 48,09 %; 1,25 П = 14,17 %
Виходячи з результата розшву, щебшь Бе-х1вського кар'ероуправлшня фракци 5... 25 мм не вщповщае нормам ДСТУ [3]. Кр1м того, основна доля часток, бшьших шж 1,25П дор1внюе 30 мм, розм1р кристал1в слюди - до 30 мм в д> аметрь Кристали слюди в щебеш представлено на рис. 1.
Слюди - це група мшерал1в-алюмосил1кат1в, що мають шаропод1бну структуру \ загальну
© В. В. Рибкш, В. В. Коваленко, Ю. Л. Заяць, П. О. Пшшько, В. П. Лисняк, Л. О. Яришкша, С. В. Васильева, С. В. Коваленко, 2012
формулу ддаз [Л^ОюКОИ, Б)2, де Яг = К, Ка; Я2 = Л1, М§, Бе, Ы. Слюда - один з найпо-ширешших мiнералiв iнтрузивних, метаморф> чних i осадних гiрничих порiд.
Рис. 1. Мшерал слюди в грант щебеню
Основним елементом структури слюди е тришаровий пакет з двох тетраедричних шарiв [Л1813О10]4- або [814О10]4-, мiж якими знаходить-ся октаедричний шар з катюшв Я2. Два з шести атомiв кисню октаедрiв замщеш пдроксиль-ними групами (ОН) або фтором. Пакети зв'я-занi в безперервну структуру через iони К+ (або Ка+) з координацiйним числом 12. За кшьюстю октаедричних катюшв у хiмiчнiй формулi роз-дшяють дiоктаедричнi та триоктаедричнi слюди. В перших катюни Л13+ займають два з трьох октаедрiв, залишаючи один порожнiм; у других катюни Mg2+, Бе2+ та Ь1+ з Л13+ займають всi октаедри.
Слюди кристатзуються в моноклиннiй (псевдотригональнiй) системi й утворюють сто-вбчастi або пластиноподiбнi кристали. Вщнос-не положення шестикутних комiрок граней трьохшарових пакетiв обумовлено !х поворотами вiдносно ос на рiзнi кути, кратнi 60°, iз зсу-вом уздовж осей а та Ь елементарно! комiрки. Це пояснюе iснування декiлькох полiморфних модифiкацiй (полiтипiв) слюди, якi мають, як правило, моноклинну симетрiю.
Шароподiбна структура слюди i слабкий зв'язок мiж пакетами впливае на И властивостк пластинчастiсть, базальну спайнiсть, здатшсть розчiплюватися на тонкi шари, що збернають пластичнiсть, пружнiсть i мщнють. Кристали слюди можуть двiйникуватись за «слюдяним законом» iз гранню зростання (001) i часто мають псевдогексагональш окреслення.
Властивостi слюди представлен в табл. 2. Як можна побачити з рис. 1 та табл. 2, адгезiя цементного каменю до слюдяних включень вщ-сутня або, якщо И можна побачити, то зусилля розчеплення само! слюди на шари невелика Тому крупш в дiаметрi до 2 см включення слюди в щебшь можуть спричиняти руйнування вiдповiдальних динамiчно напружених бетон-них виробiв.
Таблиця 2
Властивост слюди
Характеристика Природна слюда
Мусковгг Флоготт
Шдльшсть, г/см3 2,6.2,8 2,3.2,8
Пгроскошчшсть, % 0,02.0,65 0,1.0,77
Водопоглинення, % 0,3.4,5 1,5.5,2
Термостшшсть, °С 400... 700 200.800
Зусилля розчеплення, кг/см2 1,4 1,7
Коефщент терм1чного розширення (а-10-6) 19,8 18,3
Наступним об'ектом анатзу був ще-бiнь Бехiвського кар'ероуправлiння фракцп 5.25 мм.
Результати його розшву наведено в табл. 3.
Таблиця 3
Фракцшний склад щебеню Бехiвського кар'еру фр акци 5.. .25 мм
■ Розм1ри сит, мм Пройшло
5 ^ га о4 ►3 § 25 20 10 5 0,16 скр1зь сито 0,16, %
в О н П 14,17 48,09 95,39 99,77 99,91
ё(5) = 99,58 %; 0,5(5+25) = 52,7 %; £>(25) = 5,86 %
В щебеш наявна велика кiлькiсть часток л> щадно! та голкоподiбноl форми, максимальний розмiр часток дорiвнюе 40 мм.
Результати розшву щебеню Мокрянського кар'еру фракцн 5.20 мм наведено в табл. 4. Виробником ця фракщя була визначена як фра-кцiя 10.20 мм.
Таблиця 4
Результати розаву щебеню Мокрянського кар'еру фракщ! 5...20 мм
1 к Розм1ри сит, мм Пройшло
скр1зь
за , 'Э § вш 25 20 10 5 0,16 сито 0,16, %
По 0 7,52 77,29 98,29 99,91
ё(5) = 98,29 %; 0,5(5+20) = 52,9 %; £>(20)= 7,52 %
Щебшь кубiчноl форми, вiдносно великi розмiри кристалiв слюди (0 до 10 мм) можна
ю
9 Щ
о S
я ё
§ s
^ H ё
1 I S
e.s s
и:,0 g
О IS
: й « О тЗ
о
U>
о H
s
s fî
g* Sí
о
к» M
o v;
et p
ft
Я «
Ж ti ° o
« g
ft
ti ft X « и o g о
я
Оу g
В 03
s f
ё Я м о
В 2.
ti н Р p m -i « о
W
H
й. Ol Й И
о 00 2 я о
о
а та
g S
О гл
Я S
о л t о ai р
Ш ® 2. t £
g- н
g -
ß S
Повш залипши, %
О
о к»
о4
(Л
+
(Л
оо о 00
ь
О
о к»
О
J-J
Ъо
О
о4
hd
п
W V!
в-
H SS
я s
■Ö ^ ■л О
m w ■а о ^ В" е- ^ -Ё
й
5 о» а « =: S сл 5
: X К ь ° в
§ q
Cd о в-Я О -1 о
H
PS Ol ti Я
ß »
я ё
i S
5Г tr1
^ H
P p
Я H
ß s i-: ^ IJ1 о
u> о
0 v;
1 В
S ft ни Ol
p s
w ES S 3
tt X « а о g
w о
h q
P M
cri B. и a о
-J S
я
о
О
 (л
чо чо
^ч чЯ4
О 1л
(Л
+
к» о
(Л
Ь
о
(Л (Л
ОЧ
Повш залипши, %
о L/I
8,55 О тз о w S s о S S S
95,65 О
99,61 L/I
99,84 0,16
о .рё а
1-1 W Сг1 о
о о
 (Л
чо 00
^ч ОЧ
(Л
+
к» о
(Л
о
ь
lo о
ОЧ к»
^ч ОЧ
Повш залипши, %
ОЧ к»
ОЧ 00
чо 00
чо чо
hd
п
W V!
в-
H SS
* а
р s ■а -а m ®
■S £ ^ й-•е-®
■в и
g в
Я 2. в g»
Hï
Я
У 5
L И
® 2
п
Cd S О в-к
о -1 о
-а
н р
о\ а я
с »
я ё
'"d
ft
s- &
ё § Я H
В. 3
w
S'
О W
g ^
s в
а ft р Ol
» 2 ft я t ж
ft ° g ^
3 s.
р й о\ S а 2 • s
^ -В
Сг
Я о
о
i о
я
0 i о » H
ft
12. Ч'
1
и я
Б ft
•a о
M ft
w
о
•в s
►в-•в
W W
» V;
ft
 (л
чо j-J
Ч*) к»
чЯ4
о Чл
(Л
+
оо
ь
оч
Повш залипши, %
00
J-J
Чл
ОЧ
ЧО
ЧО JO
Ъо
hd
п
В-
H р
M н
я s о
m w ■а о
^ Cd'
^ Ё й п 5 о» а « =: S yi 5
L ^
® в
S Q
Cd о в-?5 О -1 о
H р
Ol й я
ß »
Висновки
1. В робот виявлено, що склад граштних щебенiв рiзних кар'ерiв Укра!ни е постiйним та нереакцшноздатним.
2. Дослiдження фракцiйного складу та мор-фологiчних ознак включень слюди в грант щебеню рiзних родовищ показало, що за фрак-цшним складом не вiдповiдають нормам стандарту [3] щебеш: фракцп 5.10 Хлистушвсько-го кар'ероуправлiння, фракци 5.20 Беивсько-го кар'ероуправлiння, великий розмiр кристалiв слюди виявлено в Хлистушвському, Пешзеви-цькому, Бехiвському щебенi.
3. Для оптишзаци форми щебеню пропонуемо використовувати роторнi дробарки та проаваюч поверхнi ново1 конструкций, що забезпечать яюсний вiдсiв потрiбних фракцiй щебеню. Це насамперед стосуеться Крюковського кар'еру, де достатньо за-стосувати новi просiваючi поверхнi для якiсного вщаву необхвднох фракцп.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Штарк, И. Долговечность бетона [Текст] / И. Штарк, Б. Вихт. - К.: Оранта, 2004.
2. ДСТУ Б.В. 2.7-71-98 «Щебшь 1 гравш щшь-них прських порвд i в1дход1в промислового ви-робництва для будiвельних робгт» [Текст] / К.: Держ. комггет з буд-ва, арх-ри та житл. политики Укра1ни. - К.: Вид-во стандартiв, сор. 1999. -47 с. - (Система стандарта з шформацд, 616лю-течно1 та видавничо1 справи).
3. ДСТУ Б В.2.7-75-98 «Щебшь ! гравiй щ1льн1 природш для будiвельних матерiалiв, виро61в, конструкцш i робгт» [Текст]. - Заметь ГОСТ 8267-82 «Щебень из природного камня для строительных работ. Технические условия», ГОСТ 8268-82 «Гравий для строительных работ. Технические условия», ГОСТ 10260-82 «Щебень из гравия для строительных работ. Технические условия», ГОСТ 23254-78 «Щебень для строительных работ из попутно добываемых пород и отходов горно-обогатительных предприятий. Технические условия» та ГОСТ 26873-86 «Материалы из отсевов дробления осадочных горных пород для строительных работ. Технические условия» / К.: Держ. комгтет з буд-ва, арх-ри та житл. полгтики Украши. - К.: Вид-во стандарта, сор. 1999. - 14 с. - (Система стандарта з шформацд, б!блютечно1 та видав-ничо1 справи).
Надiйшла до редколегп 19.12.2012.
Прийнята до друку 21.12.2012.
В. В. РЫБКИН, ВВ. КОВАЛЕНКО, Ю. Л. ЗАЯЦ, П. А. ПШИНЬКО, В. П. ЛИСНЯК, Л. А. ЯРЫШКИНА, С. В. ВАСИЛЬЕВА, С. В. КОВАЛЕНКО
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КРУПНЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ БЕТОНА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ШПАЛ
В работе проведен анализ реакционной способности и фракционного состава крупных заполнителей для производства железобетонных шпал.
Ключевые слова: щелочно-кремниевокислая реакция, щебень, фракционный состав, слюда
V. V. RYBKIN, V. V. KOVALENKO, Yu. L. ZAYATS, P. O. PSHIN'KO, V. P. LISNYAK, L. O. YARYSHKINA, S. V. VASILYEVA, S. V. KOVALENKO
RESEARCH OF PHYSICAL AND CHEMICAL CHARACTERISTICS OF LARGE FILLERS FOR PRODUCTION OF FERRO-CONCRETE SLEEPERS
The paper is dealt with an analysis of the reactivity of large fillers and their fractional composition for the production of ferro-concrete sleepers.
Keywords: alkalinity-silicoacid reaction, broken stone, fractional composition, mica
