Влияние временного фактора на гидравлическую активность механоактивированного сапонитсодержащего порошка

Введение. В статье рассматривается проблема развития транспортной инфраструктуры на архипелаге Соловецкий и предлагается решение по снижению затрат на изготовление железобетонных плит для дорожного покрытия. Предлагается использовать сапонитсодержащий отход (ССО) горно-обогатительного комбината АО «Севералмаз» в качестве минеральной добавки в бетоны. Исследования показали, что механоактивированный сапонитсодержащий порошок (МСП) улучшает эксплуатационные характеристики бетона и снижает расход вяжущего. Использование МСП позволяет решить проблему утилизации отходов и снизить экологический ущерб. Целью работы является оценка влияния временного фактора на гидравлическую активность МСП, так как активность добавки может изменяться при длительном хранении. Известно, что степень активности минеральных компонентов принято оценивать по количеству поглощенных из насыщенного известкового раствора ионов Ca2+. Для отслеживания изменения содержания Ca(OH)2 во времени в ходе протекания гидравлической реакции существует ряд прямых аналитических способов. Данная методика, основанная на измерении потенциала ионселективного электрода, в полной мере подходит для контроля гидравлической активности МСП. Методы и материалы. В качестве основного материала для проведения исследований использовали сапонитсодержащий отход, который был выделен, высушен и диспергирован. Таким образом, был получен механоактивированный сапонитсодержащий порошок (МСП). Контроль за степенью измельчения полученных высокодисперсных проб МСП осуществляли по величине удельной поверхности (Sуд, м2/кг). Для выполнения потенциометрического анализа использовалась электродная система, состоящая из измерительного электрода с функцией определения ионов кальция (pCa) и электрода сравнения. В рамках подготовки к эксперименту кальций-селективный электрод модели «Элит-041» выдерживали в течение трех дней в растворе хлорида кальция с концентрацией 0,01 моль/л. После этого электрод промывали дистиллированной водой и калибровали по растворам с концентрациями (ССа), составляющими 10–1, 10–2, 10–3, 10–4 и 10–5 моль/л, для которых pCa = 1÷5. Для исследования сорбционной способности был приготовлен раствор извести с концентрацией 0,015 моль/л, а также суспензия из проб высокодисперсного минерального сапонитсодержащего порошка. В полученную суспензию последовательно дозатором вводили раствор извести объемом по 0,2 мл, при этом осуществляя измерение электродвижущей силы (потенциала) системы при непрерывном перемешивании. На основании полученных значений потенциалов (мВ) проводили расчет концентрации ионов кальция (Сфакт Ca) в объемной фазе суспензии с применением заранее установленной калибровочной зависимости. Далее, используя алгоритм расчета параметров активности порошков по данным потенциометрии, определили максимальное количество поглощенного гидроксида кальция (ΔССaO) как разницу между значениями Стеор Ca и Сфакт Ca и коэффициент гидравлической активности . Результаты и обсуждение. Полученный механоактивированный сапонитсодержащий порошок при разной продолжительности помола имел удельную поверхность: 196 м2/кг (10 мин), 644 м2/кг (30 мин), 1209 м2/кг (60 мин), 1428 м2/кг (90 мин). Построенная предварительно калибровочная зависимость потенциала электродной пары от величины pCa характеризуется линейным уравнением: E = –23,23pCa+520,35. Установлено, что при добавлении известкового раствора в суспензию наблюдается рост ЭДС из-за сорбции ионов кальция механоактивированным сапонитсодержащим порошком. После достижения порогового объема раствора Ca(OH)2 потенциал стабилизируется. При дальнейшем увеличении концентрации ионов кальция, когда прекращается их взаимодействие с частицами МСП, значение E снова возрастает. Далее для всех серий эксперимента были получены зависимости, отличие которых заключается лишь в количественных характеристиках функциональных параметров. Начальное значение потенциала электродной пары характеризует фоновую концентрацию ионов кальция, определяемую их остаточным содержанием в воде и/или МСП. Полученные функциональные зависимости Сфакт Ca = f(Стеор Ca) для исследуемых проб позволили определить пороговые значения концентрации ионов кальция в растворе, превышение которых создает их избыток в реакционной среде. Построенная функциональная зависимость Г∞ = f(Sуд) показала, что Г∞ достигает своего максимального значения уже при удельной поверхности более 600 м2/кг (30 мин помола). Поскольку помол 10 минут слабо влияет на удельную поверхность сапонитового порошка, что отражается на величине коэффициента гидравлической активности МСП, то была рассмотрена зависимость Г∞ = f(Sуд) для помола более 10 минут. Экстраполяция зависимости на удельную поверхность порошка 300 м2/кг (получается промышленным способом) дает значение Г∞ = 0,772, что на 5% ниже максимального значения в экспериментах.