CC BY
32Раздел 2. Строительство
УДК 691.316
СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ДОЛОМИТОВОГО ВЯЖУЩЕГО
КАРБОНАТНОГО ТВЕРДЕНИЯ
Т.А. Бахтина, Н.В. Любомирский, А.С. Бахтин, А.А. Ярошенко
Академия строительства и архитектуры (структурное подразделение) ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского», г. Симферополь, ул. Киевская, 181, e-mail:t.bakhtina83@gmail.com e-mail:niklub.ua@gmail.com e-mail:aleserba@gmail.com e-mail:lexa2205@mail.ru
Аннотация.В работе приведены результаты экспериментальных исследований по определению возможности получения доломитового вяжущего с низкой эмиссией СО2. Установлена минимально возможная температура обжига данного вида сырья для получения доломитового вяжущего и карбонизированного материала на его основе с высокими механическими характеристиками. Определены физико-механические характеристики опытных образцов твердевших в среде повышенной концентрации углекислого газа. Сделан прогноз относительно возможности применения разработанного низкообжигового доломитового вяжущего в производстве строительных материалов и изделий карбонатного типа твердения.
Предметисследования: изменение физико-механических свойств строительных материалов на основе доломитового вяжущего, твердеющих в среде с повышенной концентрацией углекислого газа, в зависимости от технологических факторов.
Материалы и методы: в работе применялисьстандартные методы определения физико-механических свойств строительных материалов. Минералогический состав доломитового вяжущего определяли с помощью системы высокотемпературного синхронного ТГА/ДТА/ДСК анализа STA 8000 фирмы Perkin Elmer в интервале температур 30 -1000 °С при скорости нагрева 10 °С/мин, в среде азота.
Результаты: получены опытные образцы с прочностью при сжатии 4,0-32,0 МПа при средней плотности 1550-1650 кг/м3в зависимости от водосодержания сырьевой смеси. Установлено, чтоводопоглощениепо массе опытных образцов снижается по мере увеличения водосодержания сырьевой смеси и составляет 25-19 %. При этом наиболее оптимальное водосодержание доломитового вяжущегополученного при температуре 800-820 °С находится в пределах 12-18 %.
Выводы: проведенные исследования позволили получить низкообжиговое доломитовое вяжущееи строительные материалы карбонатного твердения на его основе с высокими физико-механическими свойствами.
Ключевые слова: доломитовое вяжущее; температура обжига; карбонатное твердение; прочность, эмиссия СО2.
ВВЕДЕНИЕ. АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ.
Одним из приоритетных направлений развития науки и техники является рациональное природопользование, а также ресурсо- и энергосбережение. Данное направление в полной мере может быть реализовано в промышленности строительных материалов, за счет использования менее энергоемких в производстве вяжущих веществ из доступного сырья и изделий на их основе. К такому сырью можно отнести доломитовые породы, которые являются одной из наиболее распространенных и недостаточно освоенных разновидностей минерального сырья.
Они могут применяться для производства различных видов магнезиальных вяжущих веществ и строительных материалов и изделий на их основе. Однако в настоящее время такие вяжущие вещества практически не выпускаются промышленностью. Известны особенности получения качественных минеральных вяжущих из высокомагнезиального сырья - магнезитов и бруситов, но эти породы являются стратегическим сырьем для производства огнеупоров. Поэтому представляет интерес разработка низкообжигового вяжущего вещества карбонатного твердения на основе доломитового сырья, месторождения которого широко распространены.
В зависимости от температуры обжига из доломита возможно получать вяжущие вещества различного состава и назначения:
- каустический доломит, состоящий из MgO и СаСОЗ, получаемый обжигом доломита при температуре до 750 0С;
- доломитовый цемент, состоящий из MgO, СаСОЗ и СаО получаемый обжигом доломита при температуре до 850 0С;
- доломитовую известь, состоящую из MgO и СаО, получаемую при мягком обжиге доломита при температуре до 950 0С.
В настоящее время отечественными [1, 2] и зарубежными [3, 4] учеными ведутся научные исследования по разработке качественных минеральных вяжущих из доломитового сырья путем получения каустического доломита и изучения особенностей химических процессов, протекающих при его твердении в присутствии растворов солей магния. Исследования показали, что для этого необходимо магниевую составляющую сырья (MgCOз) разложить при определенных температурах до MgO и исключить в нем образование СаО. Такие вяжущие обладают высокой механической прочностью и быстрым её нарастанием в начальный период твердения, повышенным, по сравнению с другими вяжущими, показателем предела прочности при изгибе, высокой прочностью сцепления с заполнителями при изготовлении магнезиальных бетонов и растворов, а также достаточно высокой коррозионной стойкостью [1, 2]. Однако этот материал имеет и недостатки, выражающиеся в недостаточно высокой его водостойкости и возникновении в затвердевшем материале внутренних напряжений, вызывающих разрушение изделий.
Свойства магнезиальных вяжущих, получаемых путем обжига магнезиальных пород (магнезита, брусита, доломита) с последующим помолом, определяются активностью оксида магния (периклаза). При этом оксид магния, полученный при невысокой температуре (до 600 °С), так называемый недожог, представляет собой рыхлый быстро гидратирующийся порошок. При повышении температуры обжига свыше 800 °С у оксида магния наблюдается рост кристаллов и повышение плотности, затем MgO переходит в низкоактивную форму - пережог, и скорость гидратации такого вяжущего резко снижается. Именно поэтому, такие вяжущие, как высокоактивной, так и низкоактивной формы не могут использоваться в производстве строительных материалов и изделий из-за склонности магнезиального камня к растрескиванию. К тому же материал, состоящий из недожженного вяжущего, имеет очень низкую водостойкость и растрескивается уже в первые несколько суток после его затворения, а материал из вяжущего, содержащего повышенное количества пережога, образует трещины после длительного твердения [5, 6].
Таким образом, основная задача технологии производства вяжущего из доломитового сырья сводится к подбору строго определенного режима обжига, для которого характерен довольно узкий интервал варьирования температуры, что затрудняет промышленное получение данного вяжущего (каустического доломита), основной которого должен являться
среднезакристаллизованный и среднеактивный MgO. Особенно это осложняет производство во вращающихся печах диапазон колебания температуры в которых достигает 50-60 °С.
Альтернативным решением данной проблемы может являться производство вяжущего вещества из доломитового сырья не требующего соблюдения жестких рамок температуры в зоне обжига и организация твердения изделий на его основе в среде повышенной концентрации СО2 (карбонатное твердение). Интерес к процессу искусственной карбонизации известковых вяжущих и получения в результате искусственного карбонатного камня возник в начале ХХ века и активно изучался в середине прошлого столетия [7-9]. В большинстве случаев научный интерес к процессу карбонизации сводился к проблеме, как предотвратить активную карбонизацию свободного гидроксида кальция в бетоне, вызывающую карбонизационную усадку, и повысить долговечность строительных изделий и конструкций [10, 11].
Вопросом изучения карбонизации доломитовой извести занимались не многие ученые. Профессор Н.Н. Михайлов предложил использовать карбонизацию для повышения активности доломитового вяжущего [12]. В результате прочность образцов, изготовленных из раствора на чистом доломите, после 7 суток твердения на воздухе достигала 9,2 МПа, а после карбонизации 19,5 МПа. В растворе с песком 1 : 3 пластичной консистенции прочность образцов составила при естественном твердении 4,4 МПа, а после карбонизации 27,8 МПа.Согласно исследованиям П.П. Будникова и К.Э. Горяйнова [13] изучавших процесс коррозии минераловатных волокон в щелочной среде, карбонизация доломитовой извести подразделяется на два периода. Первый период соответствует поглощению газа СО2, необходимого для карбонизации гидроксида кальция, второй период то же - гидроксида магния. Процесс карбонатного твердения происходит в диффузионной области в жидкой среде и определяется величиной потока углекислого газа. При этом возникает резко выраженный фронт реакции, перемещающийся в образце в направлении газового потока. Карбонизация минераловатных изделий на доломитовом вяжущем при их толщине 80-100 мм завершалась в течение 30-45 мин.
Однако, полученные отдельные положительные результаты по искусственной карбонизации доломитовых вяжущих не нашли широкого распространения в производстве строительных материалов и изделий, но позволяют судить о наличии существенного потенциала данного
вяжущего для строительной индустрии. Анализ литературных источников позволил сделать вывод, что исследования направленные на изучение взаимодействия СО2 с доломитовым вяжущим, проводились в основном на литых системах с большим количеством воды. Определенный интерес представляют системы для получения изделий способом прессования.
В связи с вышесказанным, целью настоящей работы является определение возможности получения качественных строительных изделий на основе доломитового вяжущего карбонатного твердения, путем установления закономерностей взаимодействия углекислого газа с доломитовым вяжущим, формирования физико-механических
Минералогический состав исходного доломита определяли с помощью системы
высокотемпературного синхронного
ТГА/ДТА/ДСК анализа STA 8000 фирмы Perkin Elmer в интервале температур 30-1000 °С при
Данные термического анализа вполне согласуются с результатами
рентгенофлуоресцентного анализа в части определения оксидов кальция и магния, которые в основном и определяют вяжущие свойства данного вида сырья. Согласно данным термического анализа (см. рис.1) на представленной дериватограмме присутствуют два ярко выраженных эндотермических эффекта при температурах 827 °С и 880 °С, которые соответствуют разложению магнезитовой и кальцитовой составляющих доломита. Температурный интервал диссоциации магнезитовой составляющей 800-845 °С, кальцитовой - 845-925 °С. Горизонтальной площадки на кривой ТГ между этими двумя эффектами не наблюдается, что говорит о том, что процессы разложения составляющих доломита накладываются друг на друга. Следовательно, из
свойств материала после его искусственной карбонизации.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Для исследования использовали доломит добываемый в карьере «Каменные Борницы» Ленинградской области предприятия ОАО «Карьеры Доломитов» фракцией до 10 мм. Химический анализ исходного сырья определяли с помощью рентгенофлуоресцентного анализа на ЭД-спектрометре Epsilon 3XLE (PANalytical). Результаты анализа представлены в табл. 1.
скорости нагрева 10 °С/мин, в среде азота (см. рис. 1). Минералогический состав исходного доломитового сырья рассчитанный по результатам термического анализа представлен в табл. 2.
такой породы невозможно получить после обжига продукт с полностью разложившейся магнезитовой составляющей без разложения кальцитовой.
Согласно ранее проведенным исследованиям [14-16], в активное химическое взаимодействие с углекислым газом вступает Са(ОН)2, при этом водосодержание системы должно быть оптимальным. При таких условиях процесс перехода Са(ОН)2 в СаСО3 занимает не более 3 часов, а полученный искусственный карбонатный камень характеризуется значительными физико -механическими свойствами и может быть использован для производства различных строительных изделий, в том числе облицовочных.
В связи с целью получения низкообжигового доломитового вяжущего, было принято решение обжечь данный доломит при температуре соответствующей экстремуму разложения
Таблица 1.Химический состав доломита Tablel.Chemicalcompositionofdolomite
Наименование Содержание, %
СаО MgO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MnO K2O TiO2
Доломит 25,77 20,57 10,62 2,88 0,75 0,03 0,87 0,11
Таблица 2.Минералогическийсостависходногодоломита Table 2. Mineralogical composition of the initial dolomite
Потери в интервале температур 450-840 °С, % Содержание MgCO3, % Потери в интервале температур 8401000 °С, % Содержание СаС03, % Примеси, %
22,0-23,0 42,2-44,1 20,0-21,0 45,5-47,8 до 13
магнезитовой составляющей, а полученный продукт обжига затворить водой для получения доломитового вяжущего, с последующей организацией его карбонатного твердения. Обжиг доломита осуществляли в лабораторной муфельной печи марки SNOL 6,7/1300 в течении 45 мин. Для обжига использовали фракцию доломита 5-10 мм. Обожженный продукт измельчали до прохождения
сквозь сито с ячейкой 1,25 мм и затворяли водой. Из вяжущего полученного после гашения и сушки, методом прессования изготавливали опытные образцы-цилиндры. Диаметр и высота образцов составляли 30 мм. Водосодержание формовочной смеси варьировалась в пределах от 0 до 24 % мас., удельное давление прессования - 30 МПа.
Рис. 1. Дериватограмма образца доломита Борницкого месторождения. Fig. 1. ThermogramofasampleofdolomitefromtheBornitsydeposit.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ АНАЛИЗ
По результатам термического анализа (рис. 1) доломит обжигали в муфельной печи при температуре 820 °С. Обжиг при данной температуре
должен дать материал с максимальным содержанием MgO и минимальным СаО, а основная часть кальцитовой составляющей должна остаться в виде СаСО3. Результаты термического анализа такого вяжущего после его гашения и сушки представлены на рис. 2.
Рис. 2. Дериватограмма доломитового вяжущего полученного при 820 °С после его гашения и сушки.
Fig. 2. Thermogramofthedolomitebinderobtainedat 820°Cafteritsquenchinganddrying.
Полученное при 820 °С вяжущее имеет три ярко выраженных эндотермических эффекта: первый с максимумом при 406 °С соответствует дегидратации Mg(OH)2, второй при 471 °С дегидратации Са(ОН)2,
третий при 826 °С - диссоциации карбоната кальция. Минералогический состав полученного доломитового вяжущего рассчитанный по результатам термического анализа представлен в табл. 3. Незначительный эндоэффект при 178 °С с потерей массы в 1,84 %, соответствует удалению адсорбционной воды.
Таблица З.Минералогический состав доломитового вяжущего полученного при 820 °С
Table 3.Mineralogical composition of dolomite binder obtained at 820°C
Потери в интервале температур 350-450 °С, % Содержание Mg(OH)2, % Потери в интервале температур 450-520 °С, % Содержание Са(ОН)2, % Потери в интервале температур 520-980 °С, % Содержание СаСОэ, %
6,98 22,7 1,18 4,9 20,43 46,4
Искусственную карбонизацию опытных образцов-цилиндров полученных из данного вяжущего осуществляли в специальной камере [17] без избыточного давления и повышения температуры. Концентрация СО2 в камере карбонизации поддерживалась в диапазоне 30-35 %. Время карбонизации составляло 90 минут. По истечении времени карбонизации образцы
Анализируя значения данных прочности при сжатии табл. 4 можно сделать вывод, что процесс активной карбонизации проходит в диапазоне начального водосодержания смеси 6-18 % мас., о чем свидетельствует увеличение прочности карбонизированных образцов в 1,4-2,6 раза в сравнении с образцами без карбонизации. Также
высушивались до постоянной массы и определялись их физико-механические свойства в соответствии с нормативными стандартами. Определение механических характеристик опытных образцов осуществляли на автоматической системе испытаний на базе консоли управления МСС8 (Controls). Результаты испытаний представлены в табл. 4.
увеличивается средняя плотность
карбонизированных образцов на 5-6 %, при этом в большей степени для образцов с водосодержанием 12 и 18 % мас. и снижается водопоглощение по массе. График изменения прочности при сжатии образцов до и после карбонизации представлен на рис. 3.
Таблица 4. Физико-механические свойства опытных образцов в зависимости от условий получения
Table 4.The physico-mechanical properties of the test samples, depending on the conditions of production
№ п/ п Условия получения Свойства опытных образцов до карбонизации Свойства опытных образцов после карбонизации
Давление прессования Руд., МПа Водосодержание смеси W,% К-сЖо МПа Ро, кг/м3 Wm, % К-сЖо МПа Ро, кг/м3 Wm, %
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 0 4,0 1494 24,9 4,2 1494 24,8
2 6 9,3 1535 24,1 13,3 1612 21,9
3 30,0 12 12,7 1545 23,8 26,7 1641 20,3
4 18 12,2 1551 23,0 31,7 1655 19,1
5 24 4,1 1536 24,7 4,0 1536 24,7
Водосодержание смеси, %
Рис. З.Изменение прочности при сжатии образцов до и после карбонизации в зависимости от начального водосодержания смеси: 1 - до карбонизации, 2 - после карбонизации.
Fig. 3. The change in compressive strength of the samples before and after carbonization, depending on the initial water content of the mixture: 1 - before carbonation, 2 - after carbonization.
При этом стоит отметить, что характеристики образцов с нулевой влажностью и влажностью свыше 24 % мас. не изменяются, что свидетельствует об отсутствии химической реакции карбонизации в материале образцов. Для
определения качественного и количественного процесса реакции карбонизации был проведен термический анализ карбонизированного материала образцов полученных при водосодержании смеси 18 %. Результаты представлены на рис. 4.
Рис. 4.Дериватограмма карбонизированного материала образцов полученных при начальном
водосодержании смеси 18 %.
Fig. 4. Thermogram of the carbonized material of the samples obtained at the initial water content of the mixture
of 18%.
Дериватограмма представленная на рис. 4 характеризуется наличием двух эндоэффектов. Первый при температуре 439 °С соответствует разложению Mg(ОН)2, второй при 867 °С - СаСО3.
Сравнивая результаты термического анализа до и после карбонизации (рис. 2 и рис. 4) можно сделать вывод, что гидроксид магния практически не вступает в реакцию карбонизации. Следует отметить что потеря массы в диапазоне температур 370-520 °С характеризующих дегидратацию Mg(ОН)2 снижается на 0,2 %, что соответствует снижению гидроксида магния после карбонизации на 0,7 %. Соответственно, на рис. 4 появляется незначительный эндоэффект в интервале температур 630-740 °С характеризующий разложение 1,3-1,8 % мас. MgCOз. При этом суммарная потеря массы в диапазоне 520-740 °С составила 4,1 %, что предположительно говорит о наличии в системе гидрокарбонатов магния, различных по составу. Присутствия фазы Са(ОН)2 в системе после карбонизации не выявлено, а количество СаСО3 рассчитанное по потере массы в диапазоне 740-950 °С, увеличилось в среднем на 2 %, что согласуется с количественным содержанием Са(ОН)2 в системе до карбонизации.
Таким образом, после карбонизации образцов с начальным водосодержанием 18 % мас. в течение 90 минут весь гидроксид кальция находящийся в системе в результате взаимодействия с углекислым газом перешел в карбонат кальция. При этом привлекает внимание тот факт, что данные карбонизированные образцы обладают высокой прочностью при средней плотности материала 1655 кг/м3. Водопоглощение по объему характеризующее наличие открытых пор для данных образцов составило 32,1 %, а коэффициент размягчения 0,6. Анализируя количество гидроксида магния вступившего в реакцию с СО2, можно сделать вывод что при нормальных условиях протекания данной реакции Mg(ОН)2 практически не вступает в химическое взаимодействие с образованием конечного продукта реакции - MgСО3. По видимому это связано с очень низкой растворимостью гидроксида магния в воде (0,0012 г/100 мл) в сравнении с растворимостью гидроксида кальция (0,19 г/100 мл).
Структуру карбонизированных образцов изучали с помощью сканирующего электронного микроскопа серии МША3 (TESCAN). Результаты представлены на рис.5.
Рис. 5.Микроструктура карбонизированного материала образцов полученных при начальном
водосодержании смеси 18 %.
Fig. 5. The microstructure of the carbonized material of the samples obtained at the initial water content of the
mixture of 18%.
Структура карбонизированного материала представлена пластинчатыми кристаллами Mg(ОН)2, расположенными на подложке из ромбоэдрических кристаллов доломита и кальцита. Размеры в продольном и поперечном направлениях
кристаллов Mg(ОН)2 находятся в пределах от 0,2 до 1 мкм, при толщине 20-70 нм. Размеры ромбоэдрических кристаллов доломита и кальцита варьируются в пределах от 2 до 30 мкм. Анализируя данные рис. 5 можно отметить, что в результате
искусственной карбонизации образцов из доломитового вяжущего, полученного обжигом доломита при 820 °С формируется прочная структура с кристаллами различной формы и размеров, в которой гидроксид магния, вероятно, выполняет роль армирующего каркаса, а карбонат кальция - связующей матрицы. При этом карбонизированный материал обладает достаточно высокой открытой пористостью и низкой плотностью. Высокие значения прочности при сжатии полученные в краткие сроки объясняются тем что остатки неразложившегося доломита и его кальцитовая составляющая, вероятно, являются активными компонентами, влияющими на структурообразование данной системы, выступая в качестве «подложки» для ориентированной кристаллизации новообразованного кальцита на поверхности доломитовых и кальцитовых частиц с формированием прочных когезионных контактов, создавая таким образом компактную сросшуюся структуру из кристаллов кальцита и доломита, армированную кристаллами гидроксида магния не вступившего в реакцию карбонизации.
ВЫВОДЫ
Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что потенциал доломитового сырья в производстве строительных материалов и изделий используется не в полной мере. Из данного сырья возможно получение низкообжигового вяжущего с низкой эмиссией СО2. Суть данного утверждения заключается в определении минимально возможной температуры обжига доломитового сырья, которая бы обеспечивала оптимальный фазовый состав вяжущего, обеспечивающий получение материала карбонатного твердения с высокими механическими характеристиками. Для
исследуемой доломитовой породы минимальная температура обжига, обеспечивающая необходимые требования составила 820 °С. При этом выбросы углекислого газа в атмосферу, с учетом его частичного связывания за счет карбонизации составили 150-170 кг на одну тонну обожженного доломита. Необходимо также учесть, что значение температуры обжига будет варьироваться в зависимости от химического состава исходного доломитового сырья. Подбор минимальной температуры обжига будет способствовать снижению выделяющегося в данном процессе углекислого газа, а направление этого СО2 в технологический процесс в качестве сырьевого компонента будет способствовать его минимальному выбросу в атмосферу. Таким образом, получая низкообжиговое доломитовое вяжущее и, используя отходящий углекислый газ в технологическом процессе, получается замкнутая ресурсосберегающая технология производства низкоуглеродных строительных изделий карбонатного твердения. При этом данные изделия не требуют длительной выдержки для достижения ими марочной прочности, как например, на основе
портландцемента, так как основные физико-механические характеристики карбонизированного материала достигаются при завершении технологического процесса производства. Невысокая температура обжига, использование вторичных сырьевых ресурсов (отсевы доломитов, выбросы СО2), быстрый технологический цикл производства, все эти аспекты соответственно снижают себестоимость данных готовых изделий.
Исследования выполнены при финансовой поддержке внутривузовского гранта Крымского федерального университета имени В.И. Вернадского в рамках научного проекта No. ВГ 01/2018.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Высокопрочное доломитовое вяжущее / А.В. Носов, Т.Н. Черных, Л.Я. Крамар, Е.А. Гамалий // Вестник ЮУрГУ. Серия «Строительство и архитектура». - 2013. - Т. 13. - № 1. - С. 30-37.
2. Душевина А.М. Разработка способов комплексного использования доломитов. Дисс. к-ттехн. наук. Барнаул. 2005. С. 184.
3. Szybilski M., Nocun-Wczelik W. The Effect of Dolomite Additive on Cement Hydration / M. Szybilski, W. Nocun-Wczelik // Procedia Engineering. - 2015. -Vol. 108. - P. 193-198.
4. Mechanism of growth of MgO and CaCO3 during a dolomite partial decomposition / H. Galai, M. Pijolat, K. Nahdi, M. Trabelsi-Ayadi // Solid State Ionics. -2007. - Vol. 178, Iss. 15-18. - P. 1039- 1047.
5. Проблемы нормирования свойств магнезиальных вяжущих строительного назначения и их решение / И.М. Баранов // Строительные материалы. - 2014. - № 3. - С. 45-47.
6. Черных Т.Н., Крамар Л.Я., Трофимов Б.Я. и др. Влияние степени закристаллизованности периклаза на свойства магнезиального вяжущего / Материалы межд. научно-практич. конф. «Современные технологии в промышленности строительных материалов стройиндустрии». Вестник БГТУ. Белгород. 2005. № 9. С. 47-50.
7. O. Cizer, K. Van Balen, J. Elsen, D. Van Gemert. Crystal morphology of precipitated calcite crystals from accelerated carbonation of lime binders. Proc. ACEME08, 2nd International Conference on Accelerated Carbonation for Environmental and Materials Engineering, 1-3 October 2008, Rome, Italy, pp. 149-158.
8. K. Van Balen. Carbonation reaction of lime, kinetics at ambient temperature / K. Van Balen. // Cement and Concrete Research Volume 35. - 2005. -Issue 14. - P. 647 - 657.
9. De Silva P., Bucea L., Moorehead D.R., Sirivivatnanon V. Carbonate binders: Reaction kinetics, strength and microstructure. Cement & Concrete Composites.2006. No. 28, Pp. 613-620.
10. Wang Wei, Lu Caifeng, Li Yunxia, Yuan Guanglin, Li Qingtao. Effects of stress and high temperature on the carbonation resistance of fly ash
concrete // Construction and Building Materials. - 2017. No. 138, Pp. 486-495.
11. Ta Van-Loc, Bonnet S., Senga Kiesse T., Ventura A. A new meta-model to calculate carbonation front depth within concrete structures // Construction and Building Materials. - 2016. No. 129, Pp. 172-181.
12. Михайлов Н.Н. Искусственная карбонизация как способ повышения активности доломитового вяжущего / Н.Н. Михайлов, А.М. Кузнецов // Строительные материалы. - 1960. -№9. - С. 28 - 30.
13. Будников П.П. Карбонизированные минераловатные изделия на доломитовом связующем / Будников П.П., Горяйнов К.Э., Каминскас А.Ю., Капачаускас И.М. // Строительные материалы. - 1968. - №5. - С. 20 - 22.
14. N.V. Lyubomirskiy, S.I. Fedorkin, A. Bakhtin, T. Bakhtina Structuring of composite systems based on lime harden through carbonation and secondary limestone raw materials // Malaysian Construction Research Journal. - Construction Research Institute of Malaysia. -Volume 23, No. 3, 2017, P. 15-26.
15. Любомирский Н.В. Исследование влияния режимов принудительного карбонатного твердения на свойства материалов на основе известково-известняковых композиций полусухого прессования / Любомирский Н.В., Федоркин С.И., Бахтин А.С., Бахтина Т.А., Любомирская Т.В. //Строительные материалы. - Москва. - 2017. - № 8. - С. 7 - 12.
16. Бахтина Т.А.Разработка материала на основе известково-карбонатно-кальциевых композиций для аддитивных технологий / Бахтина Т.А., Любомирский Н.В., Бахтин А.С., Николаенко Е.Ю. //Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2019.№ 4. С. 8 - 16.
17. Пат. 28051 Украгна, МПК (2006) G09B 5/00. Пристрш для вивчення процесу карбошзацп: Пат. 28051 Украгна, МПК (2006) G09B 5/00 М.В. Любомирський, С.1. Федоршн, Т.О. Локтюнова, О.С. Бахтш (Украша). - № u 2007 07543; Заявл. 05.07.2007; Опубл. 26.11.2007, Бюл. № 19. - 2 с.
REFERENCES
1. Nosov V, Chernykh T, Kramar L and Gamaly E 2013 Bul. of SUSU Ser. Const. Engin. and Arch. vol 13 1 30-37.
2. Dushevina A Development of methods for the integrated use of dolomites 2005 Thes. of the cand. of techn. scienc. Barnaul p 184.
3. Szybilski M., Nocun-Wczelik W. The Effect of Dolomite Additive on Cement Hydration / M. Szybilski, W. Nocun-Wczelik // Procedia Engineering. - 2015. -Vol. 108. - P. 193-198.
4. Mechanism of growth of MgO and CaCO3 during a dolomite partial decomposition / H. Galai, M. Pijolat, K. Nahdi, M. Trabelsi-Ayadi // Solid State Ionics. -2007. - Vol. 178, Iss. 15-18. - P. 1039- 1047.
5. Baranov I Problems of Standardization of Properties of Magnesia Binders for Construction Purposes and Their Resol 2014 Constr. Mat. 3 45-47.
6. Chernykh Т, Kramar L and Trofimov B 2005. Influence of degree of a crystallinity of a periclase on properties of magnesian knitting Int. scient. and pract. Conf. Modern technologies in the construction materials industry of the construction industry (Belgorod) vol 9 pp 47-50.
7. O. Cizer, K. Van Balen, J. Elsen, D. Van Gemert. Crystal morphology of precipitated calcite crystals from accelerated carbonation of lime binders. Proc. ACEME08, 2nd International Conference on Accelerated Carbonation for Environmental and Materials Engineering, 1-3 October 2008, Rome, Italy, pp. 149-158.
8. K. Van Balen. Carbonation reaction of lime, kinetics at ambient temperature / K. Van Balen. // Cement and Concrete Research Volume 35. - 2005. -Issue 14. - P. 647 - 657.
9. De Silva P., Bucea L., Moorehead D.R., Sirivivatnanon V. Carbonate binders: Reaction kinetics, strength and microstructure. Cement & Concrete Composites.2006. No. 28, Pp. 613-620.
10. Wang Wei, Lu Caifeng, Li Yunxia, Yuan Guanglin, Li Qingtao. Effects of stress and high temperature on the carbonation resistance of fly ash concrete // Construction and Building Materials. - 2017. No. 138, Pp. 486-495.
11. Ta Van-Loc, Bonnet S., Senga Kiesse T., Ventura A. A new meta-model to calculate carbonation front depth within concrete structures // Construction and Building Materials. - 2016. No. 129, Pp. 172-181.
12. Mikhaylov N 1960 Simulated carbonization as way of increase in activity of dolomitic knitting Constr. Mater. 9 28-30.
13. Budnikov P, Goryaynov K, Kaminskas A and Kapachauskas I 1968 Carbonized mineral-cotton products on dolomitic binding Constr. Mater. 5 20-22.
14. N.V. Lyubomirskiy, S.I. Fedorkin, A. Bakhtin, T. Bakhtina Structuring of composite systems based on lime harden through carbonation and secondary limestone raw materials // Malaysian Construction Research Journal. - Construction Research Institute of Malaysia. -Volume 23, No. 3, 2017, P. 15-26.
15. Lyubomirskiy N.VResearch in Influence of Regimes of Forced Carbonate Hardening on Properties of Materials on the Basis of Lime-Limestone Compositions of Semidry Pressing / N.V. Lyubomirskiy, S.I. Fedorkin, A.S. Bakhtin, Т.А. Bakhtina, ^V. Lyubomirskaya // Stroitel'nye materialy. 2017. № 8. Pp. 7-12.
16. T.A BakhtinaDevelopment of a material based on lime-carbonate and calcium compositions for additive technologies/ Bakhtina Т.А., LyubomirskiyN.V., BakhtinA.S., Nikolaenko E.Y. // Bulletin of Belgorod State Technological University named after. V. G. Shukhov. 2019.№ 4. С. 8 - 16.
17. Lyubomirskiy N, Fedorkin S, Loktionova T and Bakhtin S 2007 Patent 28051 Ukraine IPC (2006) G09B 5/00 A device for studying the carbonization process Bull. 19. 2 p. - № u 2007 07543; Заявл. 05.07.2007; Опубл. 26.11.2007, Бюл. № 19. - 2 с.
BUILDING MATERIALS BASED ON DOLOMITE BINDING CARBONATE
HARDENING
Bakhtina T.A. , Lyubomirskiy N.V. , Bakhtin A.S. , Yaroshenko A.A.
Summary. The paper presents the results of experimental studies to determine the possibility of obtaining a dolomite binder with low CO2 emissions. The minimum possible firing temperature of this type of raw material was established to obtain a dolomite binder and carbonized material based on it with high mechanical characteristics. The physicomechanical characteristics of prototypes hardened in a medium of high concentration of carbon dioxide are determined. A forecast is made regarding the possibility of using the developed low-fired dolomite binder in the production of building materials and carbonate-type hardening products.
Materials and methods:in the work, standard methods were used to determine the physicomechanical properties of building materials. The mineralogical composition of the dolomite binder was determined using a high-temperature synchronous TGA / DTA / DSC analysis system STA 8000 from Perkin Elmer in the temperature range 30-1000 ° C at a heating rate of 10 ° C / min, in a nitrogen atmosphere.
Results:prototypes were obtained with a compressive strength of 4.0-32.0 MPa at an average density of 1550-1650 kg / m3 depending on the water content of the raw material mixture. It was found that water absorption by weight of experimental samples decreases with increasing water content of the raw material mixture and amounts to 25-19%. In this case, the most optimal water content of dolomite binder obtained at a temperature of 800-820°C is in the range of 12-18%.
Conclusions: the studies performed allowed us to obtain low-fired dolomite binder and building materials for carbonate hardening based on it with high physical and mechanical properties.
Keywords: dolomite binder; firing temperature; carbonate hardening; strength, CO2 emissions.
