Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

Abstract Binding properties of mechanically activated blends based on Portland cement and mineral additives, have been studied. Mining wastes of the Murmansk Region enterprises and mineral concentrates have been used as the mineral additives. By the example of magnesia ferriferous slag and nepheline concentrate as the mineral additives, phase formation dynamics during the early stage of hydration of mechanically activated blends, has been investigated. Keywords : Portland cement, mineral additives, mechanical activation, binding properties. В соответствии с мировыми тенденциями развития цементных технологий согласно прогнозам [1] в обозримом будущем основным вяжущим материалом станет классический портландцемент (ПЦ) общего назначения с содержанием клинкера в нем на уровне примерно 70 %. Остальные 30 % будут представлены минеральными добавками природного, техногенного и искусственного происхождения, наиболее распространенными из которых в настоящее время являются гранулированный доменный шлак, низкокальциевая зола-унос и известняк. Изготовление цементов с участием минеральных добавок в виде бесклинкерных компонентов ведет к расширению ассортимента цементов, позволяя получать высококачественные морозо- и химически стойкие, а также высокопрочные бетоны при низком содержании цементного клинкера, и этим облегчает решение экологических и экономических вопросов, связанных с производством клинкера. На сегодняшний день уже есть достаточно большое количество разработок, связанных с получением таких высокоэффективных композиционных вяжущих веществ. Однако расширение номенклатуры доступных бесклинкерных добавок к цементу, базирующихся на местных природных и техногенных ресурсах, является крайне востребованным. Одним из примеров разработанной и внедренной ИХТРЭМС КНЦ РАН технологии получения композиционного цемента является шлакопортландцемент с использованием гранулированного магнезиально-железистого шлака комбината «Печенганикель» [2]. Дополнительный положительный эффект с точки зрения повышения прочности цементного камня может быть достигнут за счет применения механоактивации (МА) компонентов вяжущих [3-5]. В данной работе представлены результаты наших исследований по изучению вяжущих свойств механоактивированных композиций на основе ПЦ и минеральных добавок. В качестве минеральных добавок использовали: магнезиально-железистый шлак комбината «Печенганикель» ОАО «Кольская горно-металлургическая компания», железорудный концентрат (ЖРК) ОАО «Олкон» и хвосты обогащения (ХО) этого же предприятия, а также нефелиновый (НК) и титаномагнетитовый (ТК) концентраты АО «Апатит». Для приготовления композиций применяли портландцементный клинкер Савинского завода и природный гипс (Архангельская обл.). Химические составы клинкера, гипса, а также минеральных добавок приведены в таблице. Минеральный состав ЖРК, мас. %: магнетит — 91,0-92,0, гематит — 1,0-2,0, кварц — 2,0-3,0, амфибол — 0,5-1,0, пироксен— 0,3-0,5, полевой шпат — 0,5-1,0, прочие — 0,2-0,5, Минеральный состав ХО, мас, %: магнетит — 4,4; гематит — 15,9, кварц — 65-70. Минеральный состав НК, мас. %: нефелин 75-80, полевые шпаты 8-16, вторичные минералы по нефелину 1,5-10, эгирин 1,5-5, титаномагнетит 0,4-0,6, апатит 0,2-0,8, сфен 0,5-1. Минеральный состав шлака, мас. %: магнезиально-железистое стекло 95-98, кристаллическая фаза (скелетные кристаллы оливина) 2-5, рудные минералы 1-3. ТК содержал 90-95 мас. % титаномагнетита, остальное — примеси нефелина, эгирина и др. Химический состав компонентов композиционных цементов, мас. % Компонент SiO 2 Al 2 Os FeO Fe2O3 CaO MgO Na 2 O K 2 O TiO 2 P 2 O 5 SO 3 Клинкер 22,65 4,96 - 3,27 63,35 2 ,1 2 1 ,0 0,67 - 0,30 1,14 Гипс* - - - - 25,25 - - - - - 43,37 Шлак 40,88 6,90 35,40 - 2,65 10,71 1,5 0 ,6 - - 1,77 ЖРК 7,75 0,40 26,70 63,40 0,60 0,80 0,06 0,06 0,05 0 ,0 2 - ХО 67,00 4,48 1,34 18,63 4,37 3,39 - 0,81 1 ,0 0 - 0,32 НК 43,37 29,48 - 2,90 0,84 0,27 12,7 9,01 0,27 0,03 - ТК 2,50 1,15 40,50 34,50 1,65 0,65 0,60 0,40 15,50 0,40 - *Помимо указанных компонентов содержание H2O — 18,9 %. Совместную МА композиций (ПЦ + минеральная добавка) проводили в лабораторной центробежно­ планетарной мельнице «АГО-2» в воздушной среде при центробежном факторе 40 g. Продолжительность МА композиций 270 с, (для смеси ПЦ с НК — 150 с). Удельную поверхность (5^.) порошков определяли методом воздухопроницаемости. Образцы размером 1,41 х 1,41 х 1,41 см твердели на воздухе при влажности 95-100 % и температуре 20 ± 2 оС, Соотношение В/Ц для большинства составов находилось в пределах 0,25-0,31. Более подробно условия приготовления образцов и испытания их на прочность описаны в [ 6 - 8 ]. 838