РОЗДІЛ 2
ХАРАКТЕРИСТИКА ВИХІДНИХ МАТЕРІАЛІВ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
Загальна методика проведення дисертаційних досліджень побудована на теоретичному обґрунтуванні та експериментальному підтвердженні можливості отримання бетонів на основі модифікованих шлаколужних в'яжучих для дорожніх основ і покриттів з низькою, в порівнянні з традиційними портландцементами, швидкістю вилуговування радіонуклідів Cs-137 і Sr-90 шляхом регулювання мікроструктури бетону - направленим синтезом гідратних цеолітоподібних новоутворень та формуванням дрібнозернистої однорідної щільної структури з переважанням замкнутих мікропор.
2.1. Вихідні матеріали
Як алюмосилікатну складову шлаколужних в'яжучих використовували основний гранульований шлак доменного виробництва Маріупольського металургійного комбінату ім. Ілліча. Хімічний склад шлаку наведено в таблиці 2.1. Питома поверхня шлаку становила 300-330 м2/кг.
Як лужні компоненти використовували содолужний плав (ТУ 113?03?479?82) та силікати натрію з силікатним модулем Мс= 1; 2; 2,97 (ГОСТ 13071?81).
Лужні компоненти застосовували у вигляді водних розчинів густиною: для содолужного плаву ? 1100-1200 кг/м3, метасилікату натрію ? 1100-1250 кг/м3 і дисилікату натрію та високомодульного розчинного скла ? 1100-1300 кг/м3.
Таблиця 2.1
Хіміко-мінералогічний склад сировинних матеріалів
Найменування матеріалуВміст оксидів, мас. %Вміст мінералів, мас.%Вміст глинис-тих часток, мас, %Модуль крупності, МкSiO2Al2O3CaOMgOTiO2 FeOFe2O3SO3MnOR2Oв.n.n.С3S?-C2SC3AС4AFшлак доменний маріупольський39,005,9047,705,56--0,291,480,10-0,50------глина каолінітова48,7730,942,620,80--3,740,25--13,06------глина бентонітова51,8013,259,253,42--5,623,02-1,7011,45------глина спонділова47,9510,8715,870,15--4,290,16-2,9318,03------клінкер балаклій-ського заводу21,404,8866,701,20--3,950,25-0,490,2564,2014,906,2012,0--супісок лесоподібний85,803,552,05---2,75--0,631,36----5,601,38лес59,008,7110,10---4,86--3,8010,30----9,800,91суглинок лесоподібний48,8018,108,40---9,70--4,608,22----19,300,63Примітка: шлак характеризувався модулем основності М0=1,19 та модулем активності Ма=0,15.
Як компоненти комплексної модифікуючої добавки використовували глини різного структурного типу ? каолінітову Просянівського кар'єру, спонділову Нижньоюрківського родовища і бентонітову Дашуківського родовища, та портландцементний клінкер ВАТ "Балцем" м. Балаклея. Хімічний склад глин та хіміко?мінералогічний склад клінкеру наведено в таблиці 2.1.
Як дрібний заповнювач при виготовленні бетонів використовували глиновміщуючі ґрунти (супіски, суглинки, леси) та дніпровський річковий кварцовий пісок з модулем крупності Мк=1,12-1,14, що відповідає вимогам ДСТУ Б В.2.7-32-95.
Типи ґрунтів, що використовували в дослідженнях, і їх склади представлені в таблиці 2.1.
Гранулометричний склад лесовидних ґрунтів:
* піщані фракції (від 30 мкм до 2 мм) ? 10?40%;
* пилуваті фракції (від 3 до 50 мкм) ? 40?80%;
* глинисті фракції (до 5 мкм) ? 8?25%
Різні фракції ґрунтів відрізняються між собою різним мінеральним складом. Найбільш характерні мінерали крупної фракції: кварц (до 70?75%), польовий шпат (до 15%), карбонати (до 12%). Рідше зустрічаються слюди, гідрослюди, монтморилоніт та ін. В більш дрібних глинистих фракціях переважають характерні глинисті мінерали типу каолініту, монтмориллоніту.
Крупні фракції (піщана і пилувата) утворюють основний каркас лесових ґрунтів. Цементуюча основа ґрунту ? карбонати, глинисті частки, водорозчинні солі, а також оксиди і гідроксиди заліза і алюмінію. Характерний вплив на властивості лесових ґрунтів мають глинисті мінерали, що входять до їх складу [128, 129].
При зменшенні розміру часток лесу, вміст в них оксидів SiO2, CaO, MgO, K2O, Na2O, P2O5 ? зменшується, а Al2O3, Fe2O3, Mn3O4 ? зростає [129].
Лесові ґрунти в звичайних умовах мають відносно невисоку ємність поглинання. Їх основні обмінні катіони ? Са2+ і Mg2+, які складають 90% і більше ємності обміну. У лужному середовищі ємність обміну лесових ґрунтів значно зростає [128].
Склад модельних розчинів рідких радіоактивних відходів представлено в таблиці 2.2.
Таблиця 2.2
Концентрація основних солей модельних розчинів
Компоненти розчинуКонцентрація розчинів, г/лнітрат натрію300400500600700гідроксид натрію4050608090загальний вміст солей340450560680790
Таблиця 2.3
Характеристики кубових залишків Хмельницької та Чорнобильської АЕС
ПоказникиОдиниці виміруАтомна станція, тип реакторуХмельницька ВВЕРЧорнобильська РБМКГустина кубового залишкукг/л1,321,23Солевмістг/л453365Концентрація (сухий залишок)%34,329,6Водневий показник, рН?13,211,9Концентрація хімічних елементівNa+г/л196,1119,2NO3?г/л1,7206,1BO3?г/л140,4?Cl?г/л2,03,5SO42?г/л28,58,9Питома активністьCs?137Кі/л4,46?10?62,41?10?5Cs?134Кі/л2,33?10?64,06?10?7Na?24Кі/л8,31?10?4?
Реальними рідкими радіоактивними відходами при іммобілізації їх в шлаколужному камені слугували кубові залишки (продукти глибокого упарювання рідких РАВ) Чорнобильської та Хмельницької АЕС, основні характеристики яких представлено в таблиці 2.3.
Величину питомої поверхні дисперсних матеріалів (шлаку, глини, портландцементного клінкеру, портландцементу) контролювали за допомогою приладу "Blaine".
2.2. Методи досліджень
Фізико-механічні випробування в'яжучих та бетонів здійснювали відповідно до вимог ГОСТ 310.1-81 - ГОСТ 310.4-81.
Шлаколужні бетонні суміші виготовляли у відповідності з ГОСТ 473-85 і випробували відповідно до вимог ГОСТ 10181.0-81 ... ГОСТ 10181.4-81.
Постановку експериментів і обробку їх результатів виконано з застосуванням математично-статистичних методів, в тому числі повного факторного експеримент