РАЗДЕЛ 2
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Материалы, примененные в исследованиях
Для проведения исследований использовали следующие исходные материалы. Цемент Криворожского цементно-горного комбината ПЦ II /А-Ш-400, химико-минералогический состав которого представлен в табл. 2.1 и 2.2, физико-механические характеристики представлены в табл. 2.3. При получении бетонов использовался Днепровский речной песок, свойства которого приведены в табл. 2.4, горные породы Криворожского железорудного бассейна с химико-минералогическими свойствами, представленными в табл. 2.5 и 2.6 и отходы Криворожских горно-обогатительных комбинатов (табл. 2.7).
Таблица 2.1
Химический состав портландцемента.
Условное обозначение цементаХимический состав портландцемента (масса), %SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3П.п.п.ПЦ II/А-Ш-40025,455,123,1460,142,521,471,18
Таблица 2.2
Минералогический состав портландцемента.
Условное обозначение цементаСодержание минералов и минеральных добавок (масса), %C3SC2SC3AC4AFВид мин. ДобавкиПЦ II/А-Ш-40055216,511,5Шлак
Таблица 2.3
Физико-механические характеристики портландцемента.
Завод
изготовитель цементаУдельная поверхность, м2/кгНормальная густота, %Сроки схватывания, мин.В/Ц раствора, Ц:П = 1: 3Предел прочности в 28 сут., МПаНачалоКонецпри
изгибепри
сжатииКриворожский29324,01902500,365,842,6
Таблица 2.4
Характеристика мелких заполнителей.
ПОКАЗАТЕЛИВид заполнителяРечной Днепровский песокКлассифицированные отходы ГОКЧастные остатки на ситах с отверстиями (мм), %: 2,56,66,21,254,44,20,631919,60,31537,837,00,1429,230,0Прошло через сито 0,143,13,0Модуль крупности2,122,01Плотность, кг/м325602630Средняя насыпная плотность, кг/м316131732Содержание пыли, ила и глины, %0,50,1Содержание органических примесей Светлее эталона
Таблица 2.5
Усредненный химический состав горных пород Криворожского
месторождения
Содержание, %SiO2FeOFeобщCaOAl2O3MnOSPП.п.п.65,015,67,02,01,921,60,0560,0766,8
Таблица 2.6
Минералогический состав горных пород Криворожского
месторождения (в %)
КварцЖелезоМагнетитГематитСидеритСиликаты железаОксид серыОксид кальция528,220,81,910,06,50,30,3
Таблица 2.7
Минералогический состав отходов ГОК (в %)
КварцЖелезоМагнетитГематитСидеритСиликаты железаОксид серыОксид кальция67,61,59,31,97,811,50,10,3
В качестве активатора железосодержащего минерального комплекса применены силикаты натрия. Выбор силикатов натрия в качестве активатора обусловлен анализом результатов известных работ [94,125]. Согласно данным, приведенным в указанных работах, щелочные металлы переводят железо из неактивной двухвалентной формы в активную трехвалентную. Обработка железосодержащих веществ водными растворами щелочей обеспечивает образование на их поверхности железистых цеолитов и насыщает жидкую фазу комплексными ионами на основе железа. Анионы же щелочных соединений вводимые в составе растворимых силикатов аналогичны продуктам первичной деструкции алюмокремнекислородного каркаса и служат их дополнительным резервом [125].
Силикаты натрия, примененные в исследованиях, характеризовались силикатным модулем 2,8 и использовались в виде водного раствора (жидкого стекла) различной плотности.
2.2. Методы исследования
Активация железосодержащих минеральных комплексов осуществлялась путем их обработки с силикатами натрия при механической обработке с целью раскрытия новых поверхностей с некомпенсированными химическими связями.
Способы активации железосодержащих минеральных комплексов шифровались следующим образом: способ сухой механохимической активации - литерой "С", способ мокрой механохимической активации - литерой "М", т.е. АС и АМ соответственно.
В соответствии с поставленной в работе целью и задачами исследования проведено обоснование необходимых свойств активированного наполнителя. Исследование активированных железосодержащих минеральных комплексов (как горных пород, так и отходов ГОК) осуществлялось для выяснения таких показателей их свойств, которые позволяют достичь наибольшей скорости набора прочности бетона, наименьших деформаций усадки при приемлемой удобоукладываемости бетонной смеси.
В лабораторных условиях активацию АС и АМ осуществляли в шаровой мельнице. Параметры загрузки шаровой мельницы отрабатывались для достижения наибольшего размалывающего эффекта, что позволило получать удельную поверхность в широком диапазоне - 500 - 800 м2/кг. Длительность помола составляла 84, 210, 350 мин., что позволило достигать прироста удельной поверхности соответственно на 150, 250 и 305 м2/кг от исходной.
При АМ активации длительность помола для достижения заданного прироста удельной поверхности составляла: 52, 145, 230 мин.
Суть сухого способа (АС) активации, проводимого с жидким стеклом, заключалась в следующем. В шаровой мельнице проводили помол железосодержащих горных пород в соответствии с методикой, описанной выше, после чего навески полученного продукта (каждая по 100 г.) помещали в три стеклянные колбы емкостью по 500 мл. В каждую из колб добавляли определенное количество натриевого жидкого стекла, характеризующегося модулем 2,8, плотностью 1250 кг/м3.
Соотношения компонентов приведены в табл. 2.8.
Таблица 2.8
Соотношения компонентов при приготовлении добавки
Шифр серииСоотношение железосодержащий компонент : жидкое стеклоСоотношение железосодержащий компонент : силикаты натрияКоличество железосодержащего компонента , г.Количество жидкого стекла, мл000 : 10-100051 : 0,50,110040101 : 10,210080201 : 20,4100160301 : 30,6100240
Каждая из приготовленных смесей нагревалась на электроплите с терморегулятором до заданной температуры и выдерживалась при это