Золы сапропелей как добавки в цемент

Нами проведены исследования минеральной компоненты сапропелей и зол сапропелей, содержащих только минеральную часть. Определен морфологический и химический состав минеральной компоненты сапропелей [4, 5].

Методом сканирующей электронной микроскопии (SEM) с энергодисперсионной спектрометрией (EDS) на микроскопе марки JSM-6610 LV «JEOL» изучили микрорельеф поверхности сапропелей (рис. 1).

Рис. 1. Электронно-микроскопические фотографии минеральных компонентов сапропеля озера Горчаковское

Минеральная составляющая сапропелей представляет собой неоднородную смесь, которая включает в себя остатки диатомовых водорослей (диатомит – аморфная форма кремнезема), алюмосиликаты, кварц (кристаллическая форма кремнезема), карбонаты и другие соли металлов.

Реализована гипотеза, основанная на генезисе минеральной компоненты сапропелей, о содержании в золах сапропелей реакционно-способного аморфного кремнезема, который входит в состав активных минеральных добавок к портландцементу.

Действие активной минеральной добавки основано на способности аморфного кремнезема связывать известь цементного вяжущего в низкоосновные гидросиликаты кальция, например, согласно пуццолановой реакции по схеме:

SiO₂ + Ca(OH)₂ + nH₂O = CaO· SiO₂·(n-1)H₂O.

Известными природными активными минеральными добавками в цемент, имеющими генезис аналогичный сапропелям, являются диатомовые породы. Они представляют собой минеральный материал, содержащий аморфный диоксид кремния отмерших диатомовых водорослей, количество которого составляет от 40 до 100 % к общему количеству SiO₂. Так в составе природного диатомита Инзенского месторождения, расположенного в Ульяновской области России, содержится 82,5 % SiO₂. Диатомиты, сформированные за миллионы лет, лишены органической компоненты [4].

Кроме кремнезема, компонентами, участвующими в пуццолановой реакции, являются алюмокремнегели (nAl₂O₃•mSiO₂). Образование алюмокремнегелей происходит при обжиге сапропелевого сырья, в результате разложения глинистых минералов.

Исследования термического превращения сапропелей озера Пучай проводили с использованием термогравиметрического метода на анализаторе DTG-60 фирмы Shimadzu и рентгенофазового анализа на порошковом дифрактометре D8 Advance (Bruken) в CuK_α – излучении. Из проведенных исследований следует, что при обжиге удаляются органические вещества, происходит дегидратация глинистых минералов, разрушается их структура с образованием алюмокремнегелей. Это приводит к возрастанию реакционной способности аморфной составляющей материала.

Золы сапропелей получали сжиганием при 850 - 900 °С с последующим их измельчением. Количественный анализ зол проводили на атомно-эмиссионном спектрометре Varian 710-ES «Agilent Technologies» (Ca, Mg, Fe, Al) и на атомно-абсорбционном спектрометре AA-6300 «Shimadzu» (Na, K); кремнезем определяли гравиметрическим методом, ГОСТ 2642.3-97 (табл. 1).

Введение зол сапропелей, совместно с пластификатором Glenium, в цементы ПЦ 400 и ПЦ 500 Д0 приводит к увеличению прочностных показателей цементного камня и значительному уменьшению его водопоглащения. Добавки зол сапропелей являются модификаторами цементного вяжущего, улучшающего его эксплуатационные свойства, что доказывается рентгенограммами фиксирующими изменение фазового состава цементного камня [4, 5].

Таблица 1

Химический состав зол сапропелей, %

Сырьем для производства добавок путем озоления могут служить как нативные сапропели, так и твердые остатки – побочные продукты химической (экстракция жидкими и сверхкритическими растворителями) и термохимической (деструктивная гидрогенизация, ожижение) переработок сапропелей, а так же полученные из сапропелей и использованные нефтяные и углеродминеральные сорбенты, носители сорбентов и катализаторов.

Таким образом, использование зол сапропелей для производства активных минеральных добавок в цементы представляет собой отдельное новое направление в комплексной переработке сапропелевого сырья Омского региона.

Библиографический список

1. Шмаков П. Ф. Сапропелевые ресурсы озер омской области и их рациональное использование. Кормовые ресурсы Западной Сибири и их рациональное использование / П. Ф.Шмаков, А. Г.Третьяков, В. А. Левицкий. // Сб. трудов. – Омск, 2005. – С. 51−70.

2. Маркетинговые исследования: Информационный обзор рынка сапропеля РФ. – МА «Навигатор», 2007–2013 гг. – 119 с.

3. Кривонос О. И. Разработка нового подхода к комплексной переработке сапропелей: Автореф. дисс. канд. хим. наук. – Омск, 2012. – 18 с.

4. Хомич В. А. Сапропелевые модификаторы цементного вяжущего / В. А. Хомич, О. И. кривонос // Вестник СибАДИ. – 2015. – № 5 (45) – С. 99–105.

5. Khomich V. A. Active mineral additives of sapropel ashes / V. A.Khomich, E. V. Danilina, O. I. Krivonos, G. V. Plaksin // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2015. – 71. – 012044. – http://iopscience.iop.org./1757-899X/71/1/012044.

Сведения об авторе

Хомич Вера Алексеевна– кандидат химических наук, доцент, доцент кафедры «Инженерная экология и химия» ФГБОУ ВПО «СибАДИ», e-mail: vera_khomich@mail.ru, тел.: 89136344173.

Khomich Vera Alekseevna – Cand. Sc. (Chemistry), associate professor of the “Engineering Ecology and Chemistry” Department, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education «SibADI», e-mail: vera_khomich@mail.ru, tel.: 89136344173.

УДК: 373.57:574:378.663 (571.13)

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: