CC BY
9
© Л.И. Худякова, 2012
УДК 622.36.002.8 Л.И. Худякова
УЛЬТРАОСНОВНЫЕ ПОРОДЫ СЕВЕРНОГО ПРИБАЙКАЛЬЯ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ *
Показано, что ультраосновные породы можно использовать в качестве минеральной добавки при производстве цементов. Они имеют высокое качество и низкую себестоимость. Полученные цементы обладают повышенной шелоче- и сульфато-стойкостью и низким водопоглошением
Ключевые слова: ультраосновные породы, дуниты, цемент с минеральными добавками.
При разработке месторождений полезных ископаемых образуется большое количество вскрышных и вмещающих пород, перемещаемых в отвалы. Среди них огромное место занимают ультраосновные породы — дуниты, входящие в состав щелочно-ультраосновных массивов, расположенных по всей территории России. Дуниты распространены и в плутонах Северо-Байкальской габбро-пироксенит-дунитовой формации, образующей две параллельные зоны: юго-восточную — Чайскую и северо-западную — Довыренскую. Наиболее крупным и полно дифференцированным интрузивом Довыренского комплекса Северного Прибайкалья является Йоко-Довыренский дунит-троктолит-габбровый массив [1].
Дуниты Йоко-Довыренского массива имеют высокое качество. Они на 80—97 % состоят из идиоморфных кристаллов оливина размером до 3 мм в поперечнике и акцессорной хромшпинели двух генераций, образующей кристаллографически ограненные включения в оливине или аг-
регаты зерен в интерстициях и близкой по составу к хромпикотиту [1]. Дуниты свежие, эпизодически отмечаются петельчатая серпентинизация и замещение оливина минералами группы иддингсита-боулингита. Для них не характерны гидроксил- и ще-лочесодержащие минералы. Запасы свежих дунитов оцениваются во многие миллиарды тонн.
Имея огромные запасы, дуниты, практически нигде не используются, за исключением производства огнеупоров. Основная их масса находится в отвалах, оказывая негативное влияние на окружающую среду. Поэтому, актуальным является вовлечение их в производство с получением высококачественной товарной продукции. Одной из отраслей, использующей отходы, является отрасль стройиндуст-рии, в частности, производство строительных материалов.
Целью настоящей работы явилось получение новых видов цементов с использованием вмещающих пород Северного Прибайкалья. В качестве сырьевых материалов использовали
* Работа выполняется по программе ОХНМ РАН № 5.5.2 «Получение новых видов материалов с высокими эксплуатационными характеристиками из отходов горнодобывающей промышленности».
Таблица 2
Физико-механические показатели цементов с добавкой дунитов
Таблица 1
Показатели свойств цементов с добавкой дунитов
Количество ло-бавки, масс. % Сроки схватывания, ч-мин Расплыв конуса, мм Нормальная густота, %
начало конец
Лунит
20 3-35 5-50 113 23,6
25 3-50 6-00 113 23,5
30 4-10 6-20 113 23,3
35 4-35 6-50 114 23,2
40 5-05 7-30 114 23,2
Портландцемент 3-20 5-20 114 24,6
Количество ло- Прелел прочности, МПа Срелняя плот-
бавки, После пропаривания Через 28 суток ность образца,
масс. % кг/м3
°сж °сж О *»изг
Лунит
20 30,1 41,0 6,7 2233
25 31,6 42,0 6,9 2241
30 31,8 43,0 7,9 2249
35 30,9 42,1 7,6 2252
40 29,7 40,9 6,7 2257
Портландцемент 28,8 40,2 6,8 2226
портландцементный клинкер Тим-люйского цементного завода, двувод-ный гипс и дунит Йоко-Ловыренского массива со следующим содержанием основных оксидов, масс. %: БЮ2 — 37,4; А12О3 — 1,3; Ре20э — 3,1; РеО — 12,6; СаО — 0,4; МдО — 40,8; ^О+^О — 0,2, ппп — 2,84.
Лля изучения физико-механических свойств полученных цементов с использованием ультраосновных пород (дунитов) были приготовлены цементные растворы состава песок : цемент = 3 : 1. В качестве цемента использовали полученные вяжущие с добавкой дунита с величиной удельной поверхности Буд = 340 м2/кг [2]. Образцы — балочки размером 40х40х160 см хранили в формах 24 ч над гидравлическим затвором, после чего часть образцов пропаривали
по режиму 2+5+2 ч при Т=95-100°С, а часть образцов хранили в течение 28 суток в ванне с гидравлическим затвором. Испытания проводились по ГОСТ 310 «Цементы». Полученные результаты приведены в табл. 1 и 2.
По таким показателям, как расплыв конуса и нормальная густота, цементы с добавкой дунитов незначительно отличаются от портландцемента марки М400Л0. Они имеют более продолжительное начало схватывания и, соответственно, конец схватывания, которые зависят от количества добавки. Чем больше содержание добавки, тем выше по показателям сроки схватывания полученных цементов. Однако, сам период схватывания у них, практически, не отличается от портландцемента. Согласно требованиям ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлако-
портландцемент. Технические условия» начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 минут, а конец — не позднее 10 часов от начала затворения. По основным показателям цементы с добавкой отходов горнодобывающей промышленности в виде ультраосновных пород удовлетворяют этим требованиям и могут быть использованы в производстве строительных материалов.
Образцы композиций дунита с портландцементом как при тепло-влажностной обработке, так и в условиях нормально-влажностного твердения имеют прочность выше прочности контрольного образца. Максимум достигается для состава 30 % добавки и 70 % портландце-ментного клинкера как для образцов, твердеющих 28 суток в нормально-влажностных условиях, так и после тепловлажностной обработки.
Следует отметить, что при введении добавки дунита в состав вяжущего в количестве до 40 % образцы показали повышенную прочность при изгибе. Это можно объяснить образованием, в процессе гидратации смешанного вяжущего, гидросиликатов магния волокнистой структуры, смешанных кальций-магниевых и кальций-магний-железистых гидросиликатов с ленточной и цепочечной структурами, которые оказывают положи-
тельное влияние на формирование механических свойств материалов.
Согласно ГОСТ 31108-2003 «Цементы общестроительные. Технические условия», классификация цемента по вещественному составу для портландцемента с минеральными добавками регламентирует количество добавки не более 20 %. В нашем случае количество добавки составляет до 30 %. Поэтому можно получить два вида цементов: портландцемент с минеральными добавками марки М400Д20 и смешанный цемент с 30 % добавки дунита.
Были определены основные свойства полученных цементов. Установлено, что цементы с добавкой ультраосновных пород обладают повышенной щелочестойкостью и сульфато-стойкостью, по сравнению с портландцементом, и низким водопогло-щением. Морозостойкость цементов составляет 50 циклов.
Таким образом, ультраосновные породы — дуниты, которые, к тому же, являются отходами горнодобывающей промышленности, можно использовать при производстве цемента высокого качества и низкой себестоимости. Полученные цементы могут быть использованы для строительства объектов в зоне с повышенной влажностью, а также для работы в агрессивных средах. Их можно применять в качестве сульфатостойкого цемента.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кислов Е.В. Йоко-Довыренский расслоенный массив. — Улан-Удэ: Изд. БНЦ СО РАН, 1998. — 264 с.
2. Худякова Л.И., Войлошников О.В., Котова И.Ю. Отходы горнодобывающих предприятий как сырье для получения строительных материалов // Вестник ДВО РАН. 2010. — № 1. — С. 81—84. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ
Худякова Людмила Ивановна — кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории химии и технологии природного сырья Байкальского института природопользования СО РАН, е-шаП: [email protected].
