Местные низкомарочные цементы на основе горных пород шахтных террикоников

где А – глинозем (Al2O3); F – железистые соединения (FeO, Fe2O3); SiO2 – кремнезем.
   Зависимость активности горелых пород от глинитно-железистого модуля приведена в таблице 1.
   По результатам химических анализов проб горелой породы из терриконика шахты им. Кирова ПО Ростовуголь в ней содержится SiO2 – 53,94%, Al2O3 – 21,2%, Fe2O3 + FeO – 7,04%. Глинитно-железистый модуль 0,524 служит основанием для отнесения горелой породы к группе высокоактивных.
   Горелые породы, имея достаточную гидравлическую активность, обладают скрытыми гидравлическими свойствами, которые выявляются в смеси с известью, цементом, доменным шлаком и другими вяжущими веществами. Составные части этой смеси должны иметь высокую удельную активность, т.е. быть тонко измельчены, поскольку цементирующие новообразования получаются в результате коллоидно адсорб-ционных явлений, обуславливающих схватывание и твердение, ускоряемое гидротермальной обработкой.

   Физико-химические процессы, обуславливающие твердение вяжущих из горелых пород и извести, протекают медленно. Для активизации этого процесса материалы, входящие в состав такого вяжущего, необходимо измельчать. Высокоэффективным помольным агрегатом являются вибромельницы, которые позволяют за короткие промежутки времени (10…15 мин.) получать порошки с удельной поверхностью 2500…3500 см2/г. Горелые породы легко поддаются измельчению, т.к. содержат много микротрещин, образовавшихся за счет термических напряжений при самопроизвольном нерегулируемом обжиге в террикониках. Ослабленная структура горелых пород является причиной их сравнительно легкого измельчения, поэтому их удельную поверхность можно было бы довести до 10..12 тыс. см2/г. Однако при очень тонком помоле частицы вяжущего имеют склонность группироваться в комки-флакулы (флакулируют) и вода взаимодействует не с отдельными зернами, а с поверхностями крупных флакул, которые значительно меньше суммы поверхностей составляющих их зерен. Для горелых пород оптимальная удельная поверхность не должна превышать 6000 см2/г, т.к. это может привести к снижению прочности вяжущего.

   Для приготовления вяжущего вещества на основе горных пород были использованы:
   - горелая горная порода из терриконика шахты им. Кирова (АО Ростовуголь), подвергнутая предварительному дроблению на щековой дробилке. Порода имела крупность до 5 мм, насыпную плотность 1125 кгс/м3;
   - известь негашенная кальциевая быстрогасящаяся 2-го сорта. Получена обжигом при 1050оС известняка Дарьинского карьера;
   - портландцемент марки 400;
   - гипсовый камень фракции 0…5 мм;
   - суперпластификатор С-3.
   Дробленные компоненты в заданной пропорции загружались в вибромельницу СВМ2 (объем камеры 10 дм3, мощность двигателя 2,2 кВт, частота вращения 25 Гц, амплитуда колебания 1…5 мм). После помола в течение 10 мин. готовое вяжущее вещество выгружалось из мельницы для определения его активности и марки. Определение прочности цемента, его активность и марку осуществляли по методике ГОСТ 310.4-81 “Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии”. В общем случае стандартные испытания, которые проводились в соответствии с ГОСТ 310.4-81, включали в себя определение плотности и тонкости помола цемента, нормальной густоты, сроков схватывания цементного теста и равномерности изменения объема цемента, предела прочности при изгибе и сжатии образцов-балочек размером 4х4х16 см, изготовленных из цементного раствора нормальной консистенции и хранившихся в стандартных условиях 25 суток.

   Состав исследованных вяжущих веществ и их основные физико-механические характеристики приведены в таблице 2.
   По результатам испытаний для дальнейшего исследования было выбрано вяжущее (низкомарочный цемент) марки 200 (см. табл. 2, состав № 3). Этот выбор обусловлен тем, что при производстве такого вяжущего удается утилизировать максимальное количество горелой породы при достаточной для малоэтажного строительства и мелкоштучных бетонных изделий (стеновых блоков) прочности.
   Основные свойства низкомарочного цемента, полученного из горелой породы, характеризуются следующими показателями:
   - насыпная плотность – 650 кгс/м3;
   - нормальная густота цементного теста – 23%;
   - сроки схватывания:
   начало – 45 мин.,
   конец – 70 мин.;
   - равномерность изменения объема – удовлетворяет требованиям ГОСТ 310.3-76;
   - предел прочности после тепловлажностной обработки, МПа:
   при изгибе – 2,7;
   при сжатии – 25,6.

ВЫВОДЫ:
   1. Горелые горные породы из перегоревших шахтных террикоников могут служить сырьем для производства местных низкомарочных гидравлических вяжущих веществ (цементов).
   2. Наиболее высокой активностью в составе горелых горных пород обладают аргиллиты и алевролиты.
   3. В качестве помольного агрегата рекомендуется использовать вибромельницу СВМ-75 в комплекте с пластификатором. Весьма эффективной может быть обработка на бегунах. Однако в настоящее время этому способу предпочитается вибропомол. Причина этого вероятно кроется в том, что в промышленности не налажен серийный выпуск высокопроизводительных и малоэнергоемких бегунов мокрого помола.
   4. При изменении технических характеристик сырья, следует производить корректировку вяжущего вещества.