Ячеистый бетон на основе отходов обогащения железистых кварцитов

Перспектнвным источником сырья для предприятий по производству строительных материалов, и в частности ячеистого бетона, могут служить отходы обогащения железистых кварцитов ГОКов. Однако бетон, получаемый при полной замене песка отходами обогащения, отличается повышенной объемной плотностью по сравнению с бетоном, полученным на кварцевом песке. В связи с этим в Белгородском технологическом институте строительных материалов проведены исследования по оптимизации состава бетона.

В качестве сырьевых материалов применяли кварцевый песок, известь, цемент 400, алюминиевую пудру марки ПАП-1. Для исследований отбирались отходы Лебединского ГОКа. Химический состав отходов, % по массе: FeO - 5,64: Si02 — 68,9; Al50, — 2.52:СаО —2,99; МцО — 4.7; S—0,09: Г — 0,16; С —2,51; Na20- 0,75: К-0 —0.91; железо растворимое — 7,1: потери при прокаливании — 3.73. По дисперсионному анализу содержание фракции 0,1-0.15 мм составляет 23%; 0,IS-О.3 мм — 34%; 0,3-0,6 мм — 28%. Таким образом, немолотые и нерассеянные отходы являются довольно грубоднсперс- ным компонентом и без дополнительного помола или рассева не могут быть использованы для получения ячеистого бетона. Поэтому отходы обогащения размалывали до удельной поверхности 150-200 м2/кг.

Изучение некоторых коллоидно-химических свойств отходов обогащения, в частности адсорбционных свойств по отношению к воде, показало, что количество адсорбцнонио связанной воды составляет для отходов н песка соответственно 11,5 и 15.8%, а сорбционное водопоглощеине, определенное методом, — 0,58 и 0,77%. Это позволяет предположить, что отходы обогащения более гидрофобии по сравнению с песком, что приводит, по-видимому, к уменьшению толщин гидратных оболочек частиц в суспензиях и высвобождению воды. Подтверждением этого может, служить также сравнительный анализ ионов кремния и железа: ионные радиусы двух- и трехвалентных ионов железа более чем в два раза больше, чем у кремния. А с увеличением размеров ионных радиусов должна уменьшаться толщина гндратных оболочек.

Высвобождение воды в конечном итоге ведет к снижению водопотребиости смесей с отходами обогащения, отличающимися повышенным содержанием железа, что в свою очередь должно изменить реологические свойства сырьевых масс. Установлено, что с увеличением доли отходов, вводимых взамен кварцевого песка, пластическая вязкость уменьшается с 5,3 до 3,8 Па-с, что свидетельствует о повышении удобоукладываемости смеси. Максимальное снижение статического напряжения сдвига (с 8,3 до 4,2 Па) достигается при увеличении содержания отходов до 50% массы песка.

При изготовлении образцов для изучения их прочностных свойств подготовку сырьевых материалов, формование изделий проводили по технологии Старооскольского завода силикатных стеновых материалов. Расчет сырьевых смесей производили для ячеистого бетона объемной плотностью 600 и 700 кг/м3. Тепловлажностиую обработку осуществляли по режиму 2+7+2 ч при давлении пара 1 МПа. Физико-механические свойства полученных образцов исследовали по стандартным методикам (ГОСТ 12852.0-77—12852.6—77). Установлено, что зависимость прочности при сжатии от концентрации отходов проходит через максимум при замене 50— 60% песка отходами обогащения, что позволило снизить объемную плотность ячеистого бетона с 700 до 600 кг/м3 при сохранении марки по прочности. При увеличении содержания отводов в кремнеземистом компоненте свыше 60% наблюдается снижение прочности ячеистого бетона, при этом возрастает: плотность несмотря на увеличение количества газообразователя.

Расчеты на основании химического состава сырьевых смесей с различным содержанием отходов и данные рентгенофазового анализа и ДТА показали, что при соотношении компонентов, образующемся при замене 50% песка отходами, создаются наиболее благоприятные условия для синтеза гидросиликатов кальция тоберморнтовой группы (наблюдается увеличение дифракционных пиков tijd = 3,038; 2,979; 2.78; 2,01 и экзоэффекта при t — 840°С), и наоборот, минимальное количество компонентов сырьевой смеси остается несвязанным по сравнению с другими составами.

Изучение влияния отходов на защитные свойства ячеистого бетона (степень карбонизации, pH поровой жидкости), показали, что зависимость количества связываемой углекислоты от содержания отходов обогащения проходит через минимум при 50%-ном их содержании в кремнеземистом компоненте. Значения pH водных вытяжек возрастают с увеличением содержания отходов, причем особенно заметно при введении 40— 60% отходов обогащения, что соответствует области наименьшей степени карбонизации.

Полученные результаты достаточно хорошо согласуются с данными рентгенофазового анализа, показавшего, что при введении 50% отходов обогащения железистых кварцитов взамен кварцевого песка наблюдается уменьшение содержания CaC03 (n/d = 3,038). а при больших дозировках отходов (75%) количество СаСОз вновь несколько увеличивается.

Оптимальный состав ячеистобетонной смеси испытан на Старооскольском заводе, а затем исследованы прочностные, гидрофобные и коррозионно-защитные свойства ячеистобетониых образцов промышленной партии, а также определены их коэффициенты теплопроводности. Коррозию армирующего металла в ячеистом бетоне изучали потенциостатиче- ским методом на приборе П-5848 путем снятия анодных поляризационных кривых для стальных электродов в водных вытяжках из ячеистобетонных образцов, изготовленных без добавок и с добавками отходов