Введение к работе
Актуальность. Одним из стратегически важных полезных ископаемых является железная руда, основное количество которой добывается при разработке месторождений магматогенного происхождения (56 %). На территории Российской Федерации одним из крупнейших месторождений подобного типа является Ковдорское, расположенное на Кольском полуострове. При добыче и обогащении руд данного месторождения образуется большое количество попутных продуктов, и в частности отходов мокрой магнитной сепарации (ММС).
В то же время из-за возросших в последние годы темпов строительства на северо-западе Российской Федерации остро встал вопрос дефицита сырья для производства строительных материалов. В связи с этим представляется целесообразной разработка составов и технологии производства мелкоштучных стеновых материалов на основе композиционных вяжущих (KB) с использованием отходов ММС Ковдорского месторождения.
Работа выполнялась в рамках тематического плана г/б НИР № 1.1.07 «Разработка фундаментальных основ получения композиционных вяжущих с использованием наносистем» на 2007-2011 гг.
Цель работы. Разработка композиционного вяжущего с использованием высокомагнезиальных отходов мокрой магнитной сепарации Ковдорского месторождения и мелкозернистого бетона для производства мелкоштучных стеновых изделий.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
исследование физико-механических свойств отходов мокрой магнитной сепарации Ковдорского месторождения как компонента композиционного вяжущего;
изучение кинетики помола и энергоемкости изготовления композиционных вяжущих в зависимости от количества отходов мокрой магнитной сепарации;
разработка составов композиционных вяжущих и изучение их свойств;
разработка составов и технологии производства стеновых материалов на основе композиционного вяжущего с использованием отходов мокрой магнитной сепарации Ковдорского месторождения;
подготовка нормативных документов для реализации теоретических и экспериментальных исследований и промышленная апробация.
Научная новизна. Установлена особенность процессов структурообра-зования композиционных вяжущих с использованием отходов мокрой магнитной сепарации железных руд магматогенного происхождения ультраосновного состава за счет дополнительного диспергирования до удельной по-
верхности 500-550 м2/кг системы «оливин - кальцит - доломит - цемент -суперпластификатор», заключающаяся в комплексном воздействии на гидратацию клинкерных минералов.
Выявлен характер влияния обогащения (отсева пылеватой фракции) на снижение цементо- и во до потребности, а также на увеличение коэффициента качества как компонента композиционного вяжущего отходов мокрой магнитной сепарации, что обусловлено уменьшением концентрации биотита в общей массе. Негативное влияние слоистых алюмосиликатов (в частности биотита) на их низкую адгезию к цементному камню вызвано особенностями структуры кристаллической решетки и, как следствие, весьма совершенной спайностью минералов, а также неразвитостью морфологии поверхности зерен. Это позволило обосновать необходимость комплексного пофрак-ционного использования техногенного сырья. Наряду с уменьшением затрат на помол, обусловленных лучшей размолоспособностью оливина, кальцита и доломита в сравнении с кварцем, это способствует снижению энергоемкости производства композиционных вяжущих.
Предложен механизм влияния отходов мокрой магнитной сепарации железистых руд магматогенных месторождений в составе композиционных вяжущих на свойства мелкозернистых бетонов при длительном воздействии повышенных температур, заключающийся в упрочнении системы по сравнению с традиционным мелкозернистым бетоном. Это обусловлено снижением внутренних напряжений, вызванных температурным фактором, за счет замены части клинкерной составляющей на структурные элементы синтезированного композита, обладающие низким коэффициентом теплового расширения.
Получены математические модели зависимости предела прочности при сжатии и средней плотности композиционных вяжущих от количества отходов мокрой магнитной сепарации, взятых до и после обогащения, и пластифицирующей добавки в его составе, позволяющие определить оптимальное соотношение компонентов системы и обеспечить требуемые характеристики изделий.
Практическое значение работы. Выявлено снижение цементо- и водо-потребности, а также увеличение коэффициента качества отходов ММС как компонента композиционного вяжущего за счет обогащения (отсева пылеватой фракции). Обоснована целесообразность комплексного пофракцион-ного использования отходов ММС.
Установлены закономерности изменения активности и плотности композиционных вяжущих от рецептурных параметров смеси. Получены составы KB, соответствующие по активности классу ЦЕМI 42,5 Н.
Подобраны составы сырьевой смеси на основе композиционного вяжущего с использованием отходов ММС Ковдорского месторождения для из-
готовления мелкоштучных изделий, предложена технологическая схема производства стеновых камней.
Внедрение результатов исследований. Для широкомасштабного внедрения результатов научно-исследовательской работы разработаны следующие нормативные и технические документы:
стандарт организации СТО 02066339-021-2011 «Композиционные вяжущие с использованием высокомагнезиальных отходов для мелкозернистых бетонов»;
рекомендации по изготовлению стеновых камней на основе композиционного вяжущего с использованием отходов мокрой магнитной сепарации Ковдорского месторождения.
Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных лабораторных исследований используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 270106, 270114, студентов бакалавриата и магистрантов, обучающихся по направлению «Строительство», что отражено в учебных программах дисциплины «Строительные материалы и изделия». Изданы методические указания «Композиционные вяжущие» к выполнению лабораторных работ для магистрантов, обучающихся по направлению «Строительство».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены: на 2-й Международной научно-практической конференции «Проблемы инновационного биосферносовместимого социально-экономического развития в строительстве, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах» (г. Брянск, 2010 г.); на Областной научно-практической конференции «Белгородская область: прошлое, настоящее и будущее» (г. Белгород, 2010 г.); на II Международной научно-практической конференции «Инновации, качество и сервис в технике и технологиях» (г. Курск, 2011 г.); на Международной научно-практической конференции «Строительство 2011» (г. Ростов-на-Дону, 2011 г.); на Международной научно-практической конференции «Инновационные материалы и технологии» (г. Белгород, 2011 г.).
Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в семи научных публикациях, в том числе в двух статьях в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК России.
На защиту выносятся:
зависимость кинетики и энергоемкости помола композиционных вяжущих от содержания отходов ММС в их составе;
закономерности изменения активности и плотности композиционных вяжущих от рецептурных параметров смеси;
показатели цементо-, во до потребности, коэффициента качества и ад-
гезии отходов мокрой магнитной сепарации Ковдорского месторождения;
результаты влияния отходов ММС как компонента композиционных вяжущих на прочность мелкозернистых бетонов при воздействии повышенных температур;
составы сырьевой смеси на основе композиционного вяжущего с использованием отходов мокрой магнитной сепарации для производства мелкоштучных стеновых изделий;
показатели экономической эффективности проекта.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 156 страницах машинописного текста, включающего 30 таблиц, 19 рисунков и фотографий, библиографический список из 149 наименований.
