CC BY
219
УДК 621.742.521.5.06.55
ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ КВАРЦЕВЫХ И КВАРЦ-ПОЛЕВОШПАТОВЫХ ПЕСКОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ГАЗОБЕТОНА
А.С. Завёрткин1, А.А. Пак2
1Институт геологии Карельского научного центра РАН, Петрозаводск, Россия
2Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия
Аннотация
Проведены исследования по применению кварцевых и кварц-полевошпатовых песков для получения газобетона. Обоснована необходимость их применения в качестве формовочных материалов для получения газобетона. Ключевые слова:
кварцевые и кварц-полевошпатовые пески, формовочные смеси, газобетон.
THE USING OF ADDITITIVES OF QUARTZ AND QUARTZ-FELDSPAR IN AUTOCLAVED AERATED CONCRETE
A.S. Zavertkin1, A.A. Pak2
11nstitute of Geology of the Karelian Research Centre of the RAS, Petrozavodsk, Russia
2I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Kola Science Centre of the RAS, Apatity, Russia
Abstract
The investigagations have been carried out on the using of quartz and quartz-feldspar in autoclaved aerated concrete. The need for quartz and quartz-feldspar as molding mixtures for autoclaved aerated concrete producrion, has been demonstrated.
Keywords:
quartzt, and quartz-feldspar sands, molding sand mixtures, autoclaved aerated concrete.
В связи с повышением требований к качеству газобетона проблема обеспечения производства кварцевыми и кварц-полевошпатовыми песками остается актуальной.
Сырьевые ресурсы являются материальной основой для развития строительных материалов, в том числе и для производства ячеистого бетона. Так, например, к концу XVII века стали активно использоваться около 20 видов неметаллических полезных ископаемых. В настоящее время общее количество промышленных минералов и горных пород, используемых в хозяйственной деятельности, превысило 170, в том числе на территории Республики Карелия их отмечено около 50, включая общераспространенные виды [1].
Новые виды сырья по химическому и минеральному составу могут являться (по отношению к применяемым видам) альтернативным источником при производстве ячеистого бетона. Такими видами сырья в Республике Карелия могут быть кварциты, кварцевые и кварц-полевошпатовые пески.
Целью настоящей работы является выяснение возможностей замены привозных кварцевых песков карельскими кварц-полевошпатовыми песками.
В перспективных составах газобетона применяются в основном высококондиционные кварцевые пески. Из-за повышенного спроса эти материалы становятся все более дефицитными. Часто перевозимые в железнодорожных вагонах, кварцевые пески загрязняются остатками предыдущих перевозимых грузов и материалов, что ухудшает их качество. Таким образом, использование местных кварцевых и кварц-полевошпатовых песков актуально.
На технологические свойства газобетона оказывает влияние гранулометрический состав песков и количество глинистой составляющей. Для производства газобетона находят применение пески Новинского и Струго-Красненского карьеров, расположенных на северо-западе России.
В настоящей работе изучали зерновой, химический и минеральный составы привозимых кварцевых песков и песков с территории Республики Карелия для выяснения зависимости технологических свойств газобетона от формы, величины зерен, а также от химического и минерального составов песков.
Количество глинистой составляющей в песках определяли на приборе модели 021, ситовой анализ выполняли на приборе модели 028 м. При изготовлении образцов в качестве связующего применяли портландцемент марки 400-500 с периодом схватывания не менее 120 мин Пикалевского глиноземного комбината. Помимо карельских песков нами были исследованы струго-красненский и финский пески. Карельский и финский пески рассевали на фракции, после чего определяли химический состав каждой из них. В финском песке минимальное количество кремнезема (70.24 мас. %) содержит фракция на сетке с ячейками 1х1 мм, максимальное (79.86 мас. %) - фракция на сетке 0.2х0.2 мм. Фракция на сетке от 0.1 до 1.0 мм характеризуется повышенным содержанием оксидов алюминия, натрия и калия. Во фракции
535
песка мельче 0.1 мм большее содержание оксидов железа и магния и более высокие потери при прокаливании. Количество глинистой составляющей в финском песке, по нашим данным, не превышает 0.4 мас. %, зернистость песка от 0.4 до 1.0 мм, содержание кремнезема от 70 до 80%. Финский песок более крупный по сравнению с карельским и струго-красненским (табл.1).
Таблица 1. Зерновой состав исследованных песков, остаток на ситах, мас. %
Показатель Карельский песок, пробы Финский песок Струго-красненский песок
27 30 32
Фракция песка, мм
2.5 - 0.2 0.2 - -
1.6 0.4 1.0 1.8 3.35 0.42
1.0 3.6 3.8 10.6 16.0 1.78
0.63 18.7 11.0 31.4 41.15 7.28
0.4 16.3 9.0 20.6 28.9 20.9
0.315 37.9 32.0 22.0 5.8 21.78
0.2 12.1 19.6 5.2 2.0 33.38
0.16 6.7 14.4 4.6 0.9 8.4
0.1 1.8 4.6 1.4 0.15 4.38
0.063+0.05 1.8 4.2 1.7 0.4 0.3
<0.05 0.08 0.2 0.5 0.3 0.2
Г линистая составляющая
% 0.38 0.4 0.56 0.47 0.35
сумма 99.76 99.4 99.96 99.8 99.17
При практическом использовании карельского песка были получены результаты физико-механических свойств газобетона, не уступающие при использовании струго-красненского песка. Для качественной оценки импортного и карельского песков были отобраны пробы этих материалов, проведены лабораторные и промышленные испытания. Наиболее подробно нами были изучены пробы карельских песков № 27, 30 и 32. Проба № 27 отобрана в районе пос. Пряжа Республики Карелия из флювиогляциальной дельты, которая находится вблизи АЗС по дороге на Крошнозеро. Месторождение площадью 2х0.5 км простирается от южного края пос. Пряжа в юго-западном направлении и имеет прогнозные запасы около 1 млн м3. Проба № 30 была отобрана из действующего песчаного карьера, расположенного в 5 км на запад от пос. Эссойла по дороге на Вешкелицы. Карьер расположен вблизи автомобильной дороги и связан отдельной веткой с железной дорогой. Ориентировочные прогнозные запасы Р3 песка составляют 2.25 млн м3. Проба № 32 отобрана из озерноледниковых песков в районе пос. Инжунаволок, расположенного на западном берегу оз.Сямозеро, вблизи дороги Эссойла - Курмойла - Сяргилахта. Предварительные запасы песка - 0.5-1 млн м3. В пробах карельских песков более 70% зерен сосредоточено во фракциях крупнее 0.2 мм.
Химический и минеральный составы исследованных песков приведены в табл.2 и 3. Отличие импортного песка от карельского заключается в незначительном отклонении в зерновом составе в сторону увеличения крупных фракций. Анализ химического и минерального составов (табл.2 и 3 соответственно) показал, что финский песок содержит большее количество гидроксидов железа. Кварцевый струго-красненский песок отличается от кварц-полевошпатовых карельского и финского песков по содержанию кремнезема и примесей. Наиболее близкими по химическому составу к импортному песку следует считать сямозерский песок (проба № 32). Содержание кремнезема в карельских исследованных песках находилось в пределах от 73 до 85 мас. %.
Таблица 2. Химический состав исследованных песков, мас. %
Оксид Карельский песок пробы Финский песок Струго-красненский песок
27 30 32
SiO2 80.90 79.26 77.22 76.18 91.26
TiO2 0.20 0.14 0.12 0.12 Сл.
AI2O3 10.21 10.9 11.97 12.52 1.42
Fe2Os 0.60 1.12 0.97 0.76 0.80
FeO 0.36 0.43 0.57 0.72 0.19
MnO 0.014 0.015 0.014 0.029 -
MgO 0.40 0.51 0.60 0.60 0.97
CaO 1.31 1.68 1.54 1.96 2.45
Na2O 3.20 3.28 3.80 3.10 1.75
K2O 2.45 2.10 2.30 3.35 -
H2O 0.20 0.03 0.08 0.20 -
П.п.п. 0.14 0.52 0.68 0.35 0.94
536
Минералогические исследования (табл.3) показали, что основная масса импортного и карельского песков представлена зернами кварца. В песках в одинаковом количестве содержатся плагиоклаз, микроклин, моноклинный амфибол и биотит. Форма зерен песка угловато-окатанная. Различие состоит в том, что в финском песке содержится до 0.45 мас. % гидроксидов железа. По содержанию кремнезема и вредных примесей эти пески относятся к классу кварц-полевошпатовых с содержанием кремнезема менее 90 мас. %. Карельский песок в естественном виде содержит от 0.5 до 4.5 мас. % глинистой составляющей.
Результаты изучения зернового, химического и минерального состава кварцевого струго-красненского песка показали, что он отличается от карельских кварц-полевошпатовых песков по содержанию как кремнезема, так и других компонентов, а также по зерновому и минеральному составам.
Таблица 3. Минеральный состав исследованных песков
Песок Пробы Минеральный состав, мас. %
кварц плагиоклаз микроклин зерна глинистого состава остальные минералы
Пряжинский №27 78 10.2 6.4 Сл. Амфибол 2.5, Группа эпидота 0.5, слюды 2.0
Финский Валовая 72.87 16.4 6.55 0.17 Гидроксиды железа 0.45, Моноклинный амфибол 2.05, Биотит 0.62, Группа эпидота 0.13
Струго- красненский С прирельсового склада 84.42 1.39 3.0 Ед. Карбонат 0.65 Ильменит 0.1, Гидроксиды железа 0.1
При проведении промышленных испытаний предел прочности газобетона при сжатии был ниже на 0.01-
0.02 МПа по сравнению с традиционными материалами.
Для повышения прочностных свойств газобетона необходима отмывка глинистой составляющей, хотя бы частичная. Повышение свойств газобетона может быть достигнуто улучшением качества связующего или введением добавок, которые следует подбирать в процессе дополнительных исследований.
Таким образом, результаты исследований показали возможность применения карельского кварцполевошпатового песка в качестве заполнителя газобетона при его производстве.
Литература
1. Щипцов В.В. Систематизация индустриальных минералов Карелии по конечному продукту / Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием «Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья и синтеза на его основе функциональных материалов». Апатиты: КНЦ РАН, 2008. Ч. 2. С. 239-242.
Сведения об авторах
Завёрткин Александр Сергеевич,
к.т.н., Институт геологии КарНЦ РАН, г.Петрозаводск, Россия, zavr@mail.ru Пак Аврелий Александрович,
к.т.н., Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН, г.Апатиты, Россия, pak@chemy.kolasc.net.ru
Zavertkin Aleksandr Sergeevich,
PhD (Engineering), Karelian Research Centre of the RAS, Petrozavodsk, Russia, zavr@mail.ru Pak Avreli Aleksandrovich,
PhD, (Engineering), I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, pak@chemy.kolasc.net.ru
537
