CC BY
52
УДК 691.54
ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФТОРГИПСА
© Е.А. Левченко1, В.А. Воробчук2, Е.А. Филоненко3, К.А. Филоненко4
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Объектом исследования является портландцемент, получаемый в результате помола клинкера с техногенными отходами энергетических и химических предприятий. Доказана возможность замены природного гипсового камня, используемого для регулирования сроков схватывания, на техногенный отход. В процессе работы проводились экспериментальные исследования качественных показателей портландцементов с различными активными минеральными добавками.
1Левченко Евгений Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильных дорог, тел.: 89149126175. Levchenko Evgeny, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Automobile Roads, tel.: 89149126175. 2Воробчук Василий Анатольевич, студент, тел.: 89086610202, e-mail: vorobchuk @mail.ru Vorobchuk Vasily, Student, tel.: 89086610202, e-mail: vorobchuk @mail.ru
3Филоненко Евгений Александрович, студент, тел.: 89500909068, e-mail: filonenkoirps2012@yandex.ru Filonenko Evgeny, Student, tel.: 89500909068, e-mail: filonenkoirps2012@yandex.ru 4Филоненко Кирилл Александрович, студент, тел.: 89501306423, e-mail: filonenko.kirill@yandex.ru Filonenko Kirill, Student, tel.: 89501306423, e-mail: filonenko.kirill@yandex.ru
ВЕСТНИК ИрГТУ №9 (80) 2013
151
Табл. 2. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: портландцемент; фторгипс; гипсовый камень.
PORTLAND CEMENT WITH FLUORINE GYPSUM
E.A. Levchenko, V.A. Vorobchuk, E.A. Filonenko, K.A. Filonenko
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The object of the study is portland cement produced by grinding clinker with technogenic waste of energy and chemical industries. The possibility to replace the natural gypsum block used to control setting time with technogenic waste is proved. The quality indices of portland cements with various active mineral additives have been subjected to experimental studies in the course of work. 2 tables. 3 sources.
Key words: portland cement; fluorine gypsum; gypsum block.
В сибирском регионе, в частности, в г. Красноярске, г. Ангарске и в Республике Бурятия в качестве вещества, регулирующего сроки схватывания портландцемента при его производстве, применяют гипсовый камень Заларинского карьера Иркутской области. В то же время на территории г. Ангарска находятся шламовые поля сульфатсодержащих отходов. Именно поэтому основной целью работы является установление возможности получения портландцемента марки ПЦ400 Д20, отвечающего установленным требованиям [1], у которого вместо гипсового камня используется фторгипс - сульфатосодержащий техногенный отход.
Объект исследования: физико-механические свойства портландцементов, полученных путём смешивания измельченных-портландцементного клинкера с активными минеральными добавками (золой-уноса или золой терриконовой) и сульфатными добавками (гипсовый камень или фторгипс).
Характеристика материалов:
а) портландцементный клинкер (ПЦК) нормированного минерального состава, выпускаемого цементным заводом ОАО «Ангарскцемент» в виде гранул темно-серого цвета и размером от 3 до 40 мм;
б) зола-уноса (ЗУ) Иркутской ТЭЦ-1 - светлосерый порошок, плотностью 2,3-2,4 г/см3 и насыпной плотности 780-820 кг/м3, с активностью по поглощению СаО - 40-50 мг;
в) зола терриконовая (ЗТ) из Черемховских тер-рикоников - песчано-щебёночная смесь светло-красного оттенка и сланцеватого строения; истинная и средняя плотность зёрен ЗТ соответственно равны 2,5 г/см3 и 1800 кг/м3, с активностью по поглощению СаО -70-80 мг;
г) гипсовый камень (ГК) - щебень белого цвета с наибольшей крупностью 20 мм, отвечающий требованием [2], как сульфатсодержащая добавка при производстве портландцементов;
д) фторгипс (ФГ) - техногенный отход шламового поля, представляет собой влажную (12-15% влажности по массе) суспензию с зёрнами менее 0,08 мм (100% проход через сито № 008), истинная плотность составляет 2,35 г/см3;
е) стандартный кварцевый однофракционный песок, используемый для приготовления растворов по [3].
Все материалы кроме клинкера подвергались
сушке до постоянной массы. Сушка золы-уноса, песка и золы терриконовой велась при температуре 105±5°С, а гипсовый камень и фторгипс во избежание их дегидратации сушили при температуре 68±2°С.
После сушки все материалы кроме фторгипса измельчали в шаровой мельнице. Измельчённые материалы до требуемой тонкости (остаток на сите № 008 менее 15% по массе) ещё раз подсушивались в течение часа, а затем помещались в герметично закрытые сосуды. Сосуды с порошкообразными материалами хранили в камере, где на противне находился хлористый кальций для создания в ней низкой относительной влажности воздуха. Хранение всех материалов осуществлялось до момента их использования в композициях.
Подготовленные таким образом материалы использовали для определения качественных показателей четырёх композиций цемента. В первых двух композициях цемента применяли золу-уноса в качестве активной минеральной добавки (АМД). Во вторых двух композициях цемента - золу терриконовую в качестве АМД.
Каждая пара композиций цементов (с ЗУ и с ЗТ) отличалась друг от друга видом гипсовой добавки. Один цемент с ГК, другой - с ФГ.
Количественное содержание составляющих таких цементов соответствует составу, применяемому на цементном заводе ОАО «Ангарскцемент», а именно:
- портландцементный клинкер нормальный (ПЦК) - 1 в.ч.;
- активная минеральная добавка (ЗУ или ЗТ) -0,18 в.ч. или 18% от массы клинкера;
- гипсовая добавка (ГК или ФГ) - 0,052 в.ч. или 5,2% от массы клинкера.
Составляющие каждого цемента в количестве необходимом для проведения экспериментов по ГОСТ 310.2 - 4,6 и ГОСТ 25328 перемешивались в лабораторной мельнице в течение 2-х часов при замене металлических шаров резиновыми и пластмассовыми «мелющими элементами». Результаты испытания приведены в табл. 1 и 2, где полученные значения свойств цементов двух составов - ПЦК = 1,0 + ЗУ = 0,18 + ГК = 0,052 и ПЦК = 1,0 + ЗУ = 0,18 + ФГ =0,052. В табл. 2 отображены результаты по определению показателей свойств цементов с ЗТ: ПЦК = 1,0 + ЗТ = 0,18 + ГК = 0,052 и ПЦК = 1,0 + ЗУ = 0,18 + ФГ = 0,052.
Таблица 2
Качественные показатели цемента с золой терриконовой в качестве АМД
Таблица 1
Качественные показатели цемента с золой в качестве АМД_
Наименование свойств Показатели свойств
цемента из ПЦК+ЗУ+ГК цемента из ПЦК+ЗУ+ФГ по ГОСТ 10178-85
Истинная плотность, г/см3 3,05 3,02 2,9-3,1
Тонкость помола: остаток на сите № 008, % по массе 13,5 14,2 < 15,0
Тонкость помола: уд. поверхность., м2/кг 371 356 > 250
Нормальная густота, % масс. цемента 26 27 25-30
Начало схватывания 3 ч 05 мин 3 ч 10 мин > 0 ч 45 мин
Конец схватывания 7 ч 25 мин 7 ч 50 мин < 10 ч
Прочность пропаренных образцов, МПа сут. возраст: - при изгибе - при сжатии 3,72 20,20 3,97 23,13 1 гр > 27,0 2гр от 24 до 27 Згр < 24
Прочность образцов, МПа в возрасте 28 сут. водного твердения: - при изгибе - при сжатии 6,15 41,20 6,31 42,2 > 5,9 > 39,2
Коэффициент водоотделения, % объёма 32 30 по ГОСТ 25328 - 82 < 30
Наименование свойств Показатели свойств
цемента из ПЦК+ЗТ+ГК цемента из ПЦК+ЗТ+ФГ по ГОСТ 10178-85
Истинная плотность, г/см3 3,00 3,00 2,9-3,1
Тонкость помола: остаток на сите № 008, % масс 13,9 12,2 < 15,0
Тонкость помола: уд. поверхность., м2/кг 330 346 > 250
Нормальная густота, % масс. цемента 28 29 25-30
Начало схватывания 3ч 40 мин 3 ч 45 мин > 0 ч 45 мин
Конец схватывания 7 час 50 мин 8 ч 20 мин < 10 ч
Прочность пропаренных образцов, МПа сут. возраст: - при изгибе - при сжатии 4,51 27,9 4,97 28,67 1 гр > 27,0 2 гр от 24 до 27 3гр < 24
Прочность образцов, МПа в возрасте 28 сут. водного твердения: - при изгибе - при сжатии 7,15 46,20 7,31 47,5 > 5,9 > 39,2
Коэффициент водоотделения, % объёма 13,2 12,6 по ГОСТ 25328 - 82 < 30
Заключение. Как показывают результаты исследования четырёх композиций портландских цементов, приведенных в табл. 1 и 2, все испытуемые цементы, как по физическим, так и по механическим свойствам, соответствуют техническим требованиям ГОСТ 10187-85. На основании значений показателей свойств все цементы следует отнести к цементам марки ПЦ 400 Д20.
Замена в таких цементах гипсовой добавки из природного ГК на таковую из фторгипса практически не влияет на качество, как цемента с АМД ЗУ, так и цемента с АМД ЗТ. Однако следует отметить, что вве-
дение фторгипса в портландцемент приводит к некоторому повышению водопотребности получаемого цемента. Это отражается как на нормальной густоте, так и на снижении водоотделения (положительный эффект от повышенной дисперсности фторгипса).
Возможная хорошая активность фторгипса несколько удлиняет сроки схватывания цементного теста и переводит портландцемент с золой-уноса из группы 3 (по отношению к пропариванию) в группу 2, т.е. цемент более эффективен в бетонах, подвергаемых электропрогреву в зимних условиях.
Ж Строительство и архитектура
Библиографический список
1. ГОСТ 10178-85. Портландцемент и шлакопортландце- Государственный строительный комитет СССР. Введ. мент. Технические условия. Введ. 01.01.87. 01.07.83.
2. ГОСТ 4013-82. Камень гипсовый и гипсоангидритовый для 3. ГОСТ 6139-2003. Песок для испытания цемента. Техниче-производства вяжущих материалов. Технические условия / ские условия. Введ. 1.09.2004.
