Перлиты как активные минеральные добавки —
Трудность внедрения поточной и циклично-поточной технологии разработки месторождений нерудных материалов объясняется рядом причин. Отечественная промышленность не выпускает многие виды гормотрапспортного оборудования роторные экскаваторы с повышенными усилиями резания, бункеры для работы с экскавационными машинами различных типов, с консолями длиной от 30 до 100 м, конвейеры-перегружатели. Нет надежных конструкций самоходных бункеров-питателей для перемещения глинистых вскрышных пород и песчано-гранийно-валунной массы.
Ни союзное, ни республиканские министерства промышленности строительных материалов не имеют заводов для изготовления нестандартного и опытного оборудования. Назрела необходимость включения в план одного из машиностроительных заводов Министерства строительного, дорожного н коммунального машиностроения выпуск оборудования, необходимого для широкого внедрения новой технологии. Технические требования на проектирование такого оборудования могут быть разработаны совместно научно-исследовательскими институтами МПСМ СССР и МСДиКМ СССР.
Внедрение поточной и циклично-поточной технологии разработки нескальных пород может быть целесообразным при мощности карьера более 150—200 тыс. мъ о год. При этом себестоимость работ снижается в 1,5—3, а производительность труда повышается в 2—5 раз. Широкое внедрение этой технологии в настоящее время может осуществляться с использованием серийного, а также существующих образцов Нестандартного оборудования. Для коренного перевооружения карьеров необходимо создать конструкции и организовать серийный выпуск роторных экскаваторов с повышенными усилиями резания, самоходных карьерных бункеров-питателей, малых моделей консольных отвалообразователей и конвейеров-перегружателей.
Вулканические стекловатые породы ряда месторождений Советского Союза, в частности Мухор-Талинского, Закультинского, Богопольского, Закарпатского, помимо хорошо вспучивающихся перлитов, содержат значительное количество частично закристаллизованных или стекол, виброкластических туфов, липаритов, брек- чневых лав перлита и других разностей. Эти породы либо идут в отвал при разработке карьеров, либо попадают во вспученный материал, ухудшая его свойства.
Во ВНИИСТРОМе изучалась возможность использования вулканических необожженных пород в качестве активных минеральных добавок, которые могут быть использованы в производстве цемента или же вводиться в бетонную смесь в целях сокрашения расхода цемента.
Смешанные вяжущие готовили из смеси цемента и молотой перлитовой породы в различных соотношениях. В ранее опубликованных материалах приведены прочностные показатели смешанных вяжущих (при испытании их в растворах 1:3 Вольским песком) в возрасте до одного года. В настоящей статье содержатся результаты испытаний образцов в более поздние сроки твердения (в нормальных условиях (=18+2°, ф=80+1±5)—до 8 лет (см. таблицу), а также новые сведения о свойствах смешанных вяжущих и бетонов на их основе.
Из данных таблицы видно, что прочность образцов, приготовленных на основе цемента и смешанных вяжущих, подвергавшихся и не подвергавшихся тепловлажпостной обработке, на протяжении восьми лет возрастала, при этом начиная с возраста 28—90 сут. прочностные показатели материала на цементе и цементно-перлитовом вяжущем с содержанием перлита до 30% (иногда до 50%) были практически одинаковыми. При наличии в вяжущем 50% молотого перлита наибольшая величина снижения прочности образцов по сравнению с цементными в возрасте 8 лет составляла при использовании перлита Мухор-Талинского месторождения — 6%, Закультинского— 16%.
Следует отметить, что во всех опытах был применен портландцемент, в котором уже содержалась активная добавка (шлак). При введении молотого перлита в цементный клинкер, по-видимому, одинаковые прочности цемента и цементно- перлитового вяжущего будут получены при большем содержании в нем добавки перлита.
Спад прочности в процессе длительного твердения не наблюдался, что свидетельствует о воздухостойкости цементно-перлитового вяжущего.
Проведены сравнительные исследования свойств легких бетонов, приготовленных на основе цемента и цементно- перлитового вяжущего. В качестве мелкого « крупного заполнителя использовался вспученный перлит Мухор-Талинского месторождения, сырая порода которого была применена в качестве активной минеральной добавки к цементу. Установлено, что перлитобетоны на основе цемента и цементно-перлитового вяжущего с добавкой 30% молотого перлита имеют равноценные физико-технические свойства. Так, при использовании обоих разновидностей вяжущего и при равном их расходе конструктивно-теплоизоляционные бетоны марок 35—100 объемной массы 800—1050 кг/м3 характеризовались практически одинаковыми показателями призменной прочности при сжатии, упругих и усадочных деформаций, прочности на растяжение прн изгибе, коррозионной стойкости в них арматуры и сцепления ее с бетоном, теплопроводности, сорбционной влажности, воздухостойкости и стойкости при циклических воздействиях на бетон (попеременного увлажнения и высушивания, попеременного замораживания и оттаивания). Бетоны на смешанных вяжущих удовлетворяли всем требованиям действующих нормативных документов на легкие бетоны.
Стеновые перлитобетонные панели, изготовленные на Улан-Уденском домостроительном комбинате с использованием для приготовления бетонных смесей цемента Тимлюйского цементного завода с добавкой к нему 30% молотого перлита, по прочностным показателям и объемной массе не отличались от панелей на цементе и удовлетворяли требованиям проекта. Использование на Улан-Удэнском ДСК (производительностью 35 тыс. мг жилой площади в год) для изготовления стековых панелей цементно-перлитового вяжущего взамен цемента без существенного изменения технологии позволит сэкономить до 3 тыс. г цемента в год.
Предел прочности при сжатии в кГ/см2 образцов, твердевших 28 сут. в воде, а затем в нормальных условиях после пропаривания в нормальных условиях
Примечание. Над чертой приведены данные прочности образцов из жестких растворов, под чертой — в пластичных
Цементно-перлитовое вяжущее можно также использовать и в производстве легких конструктивных бетонов. В проведенных экспериментах был получен перлитобетон прочностью 100—150 кГ/см при объемной массе 1000—1100 кг/х:
Опыты показали, что цементно-перлитовое вяжущее может быть использовано также 11 для изготовления деталей из тяжелого бетона. Из смесей одинаковой удобоуклядывасмости получены равнопрочные бетоны (150—300 кГ/с.м2) при равных расходах цемента и цементно- перлитового вяжущего, в котором расход клинкерного цемента был уменьшен па 30%.
Физико-химическими исследованиями свойств цементирующего вещества в цементно-перлитовых вяжущих установлено, что при всех условиях твердения (нормальное храпение, тепловлажностная обработка при атмосферном н повышенном давлении) тонкомолотый перлит взаимодействует с гидратом окиси кальция. Степень активности перлита зависит от условий твердения и возрастает с повышением температуры среды. В соответствии с данными термографического и рентгенографического анализов в условиях тепловлажностной обработка продуктами твердения смешанных вяжущих являются двухосновные гидросиликаты кальция типа C2SH(A), низкоосновные гидросилнкаты тоберморитового ряда, гидрогранаты и кальциты. Присутсвие в составе цементирующего вещества таких минералов, как кальция, обусловливает высокую степень долговечности бетонов, что подтверждено результатами экспериментов по изучению стойкости перлитобетона, подвергнутого термообработке в камере пропаривания, при воздействии на него основных атмосферных факторов — попеременного увлажнения и высушивания, попеременного замораживания и оттаивания, а также углекислого газа.
Увеличение содержания щелочей в цементно-перлитовом вяжущем за счет наличия их в перлите не представляет опасности с точки зрения возможности реакции между щелочами цемента и активным кремнеземом заполнителя. Это обусловлено тем, что в добавке содержится до 65—70% тонкоизмельченного активного кремнезема, который вступает в реакцию со щелочами цемента раньше, чем кремнезем заполнителя.
Итак, экспериментами установлена целесообразность использования перлитовых пород и сопровождающих их разностей в качестве активных добавок к цементу. Результаты исследований положены в основу расчета постоянных кондиций сырья Мухор-Тангинского месторождения, что позволило Государственному комитету по запасам сырья утвердить запасы невспучивающихся стекловатых пород для использования в качестве добавки к цементу в количестве 1,7 л3 в год. Применение указанных материалов дает экономический эффект в размере 60 тыс. руб. в год.