CC BY
77
© Л.И. Худякова, О.В. Войлошников, 2011
УДК 330.15; 666.972
Л.И. Худякова, О.В. Войлошников
ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Показано, что вмещающие породы можно использовать в качестве крупного и мелкого заполнителей при производстве тяжелых бетонов. Полученные бетоны обладают повышенными прочностными показателями по сравнению с традиционным видом на кварцевом песке и гранитном щебне.
Ключевые слова: вмещающие породы, магнийсиликатные породы, тяжелый бетон, крупный и мелкий заполнители.
своение месторождений полезных ископаемых подразумевает большой объем вскрышных и вмещающих пород, которые оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Для устранения этого влияния необходимо переходить к безотходным технологиям, вовлекая в производство отходы горнодобывающих предприятий. При разработке ультра-мафит-мафи-товых массивов с медноникелевым и платинометальным оруденением в виде отходов будут находиться магнийсиликатные горные породы в виде дунитов, верлитов и трок-толитов. Одним из перспективных направлений является использование их
в производстве строительных материалов, в частности, бетонов.
Щебень и песок составляют до 80 % объема бетонов. Поэтому применение заполнителей бетонов из отходов горнорудного производства вместо гранитного и других традиционных видов щебня, позволяют получить материалы более высокого качества и низкой себестоимости.
В качестве сырьевых материалов использовались портландцемент марки М400Д0 Тимлюйского цементного завода, гранитный щебень карьера «Горняк», песок карьера «Речпорт» и магнийсиликатные горные породы Йоко-Довыренского массива, химический состав которых приведен в табл. 1.
Таблица 1
Химический состав магнийсиликатных пород, масс, %
Порода 8Ю2 Al2Oз Fe2Oз FeO CaO MgO Na2O К2О ніш
Верлит 39,70 1,80 0,42 10,70 0,81 43,83 0,12 0,07 1,29
Дунит 37,40 1,25 3,10 12,60 0,40 40,81 0,14 0,02 2,84
Трокто- лит 40,60 12,00 1,11 9,45 5,57 28,60 0,57 0,04 1,33
Дунито-вый песок 38,40 2,10 2,93 9,95 0,46 43,20 0,05 0,03 0,98
Были проведены испытания щебня и плотных горных пород и отходов пропеска на предмет пригодности для ис- мышленного производства для строи-
пользования в приготовлении бетонов тельных работ. МИ», ГОСТ 8267-93
по ГОСТ 8269.0-97 «Щебень и гравий из «Щебень и гравий из плотных горных
пород для строительных работ. ТУ», ГОСТ 8735-88, ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. МИ, ТУ». Полученные результаты показывают, что щебень из магнийсиликатных горных пород Йоко-Довыренского массива (ду-нитов, верлитов, троктолитов) фракции 5-40 мм соответствует требованиям ГОСТ и может применяться для изготовления бетона марок «100-400». Наличие вредных компонентов и примесей в исследуемых породах не выявлено.
Ситовой анализ дунитового песка показал, что 68,4 % песка представлено частицами крупнее 0,63 мм. По модулю крупности (Мкр = 2,72) и полному остатку на сите № 0,63 он относится к группе крупных песков. Содержание пылевидных и глинистых частиц составляет 5 %, что не удовлетворяет требованиям ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия». Поэтому требуется дополнительное просеивание песка. Содержание органических примесей находится в пределах допустимых значений.
Была выполнена радиационногигиеническая оценка пород. Значения суммарной удельной эффективной активности естественных радионуклидов Аэфф для дунита составляет 85,69 Бк/кг, для верлита - 107,89 Бк/кг, для трокто-лита - 131,69 Бк/кг. По радиационным показателям образцы не превышают нормируемых значений СанПиН 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности» (НРБ-99/2009) и согласно ГОСТ 8267-93 могут использоваться для всех видов строительных работ. Для ду-нитового песка значение суммарной
удельной эффективной активности естественных радионуклидов Аэфф составляет 94,45 Бк/кг, что согласно ГОСТ 873693 устанавливает возможность его применения в строительстве.
Для изучения влияния заполнителей из магнийсиликатных пород Йоко-Довыренского массива на технологические свойства бетонных смесей были проведены испытания по подбору состава бетонов. Расход щебня всех видов оставался равным по массе. Подвижность бетонных смесей во всех случаях составляла 1-4 см при соотношении массы песка к общей массы заполнителей, равном 0,4. Расход цемента при подборе состава бетона оставался постоянным. В качестве мелкого заполнителя использовались: кварцевый песок с Мк = 2,5 и дунитовый песок Йоко-Довыренского массива с Мк = 2,72. Вода для затворения бетонных смесей во всех случаях соответствовала ГОСТ 23732 «Вода для бетонов и растворов. Технические условия».
Изучалось влияние видов щебня и песка на темпы твердения и прочность бетонов. Исследования проводились в возрасте 7 и 28 суток нормальновлажностного твердения на бетонах с тремя видами крупного заполнителя из магнийсиликатных горных пород - вер-литов, дунитов, троктолитов, с двумя видами мелкого заполнителя из кварцевого и дунитового песка и вяжущем в виде портландцемента марки М400Д0. В качестве контрольных образцов рассматривались бетоны с использованием гранитного щебня и гравия. Полученные результаты представлены в табл. 2.
Таблица 2
Механические показатели бетонов в зависимости от вида заполнителей
Вид крупного Вид мелкого Предел прочности при сжатии, МПа
заполнителя заполнителя в воз расте
7 суток 28 суток
Дунит Кварцевый песок 18,3 28,3
Дунитовый песок 21,9 32,0
Верлит Кварцевый песок 17,1 28,0
Дунитовый песок 21,7 31,8
Троктолит Кварцевый песок 16,9 27,5
Дунитовый песок 21,7 31,2
Г ранитный щебень Кварцевый песок 16,0 26,7
Дунитовый песок 17,3 28,4
Гравий Кварцевый песок 15,8 25,2
Дунитовый песок 16,9 27,8
Как видно из таблицы, основной набор прочности происходит в первые 7 суток твердения бетона (более 50%), далее набор прочности замедляется и достигает максимального значения к 28 суткам твердения в нормальновлажностных условиях.
Вид крупного заполнителя оказывает влияние на прочностные характеристики бетонов. Самые низкие показатели имеют бетоны, где в качестве крупного заполнителя используется гравий. Лучшие показатели имеют бетоны с использованием магнийсиликатных пород. Прочность бетонов на щебне из дунита выше, чем из верлита и троктолита.
Мелкий заполнитель также оказыва-
стики бетонов. Замена кварцевого песка на дунитовый сопутствует повышению их прочности, которая увеличивается на 19,8-27,0 % по сравнению с контрольным образцом.
Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что отходы горнодобывающей промышленности в виде вмещающих пород медноникелевых месторождений дунитов, верлитов и троктолитов можно использовать в качестве заполнителей при производстве тяжелого бетона. Это позволит получить строительные материалы высокого качества и низкой себестоимости, а также улучшить экологическую обстановку в данных регионах.
ет влияние на прочностные характери-
Работа выполняется по программе ОХНМ РАН № 5.5.2 «Получение новых видов материалов с высокими эксплуатационными характеристиками из отходов горнодобывающей промышленности».
— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------------
Худякова Л.И. - кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории химии и технологии природного сырья, lkhud@binm.bscnet.ru
Войлошников О.В. - кандидат технических наук, ведущий инженер лаборатории химии и технологии природного сырья, ovod@binm.bscnet.ru Байкальский институт природопользования СО РАН
