книги из ГПНТБ / Канцепольский, И. С. Глиеж-портландцемент для гидротехнических сооружений

Гас. публичная

научив Й? бмвпиотека СС-ог

ЭКЗЕМПЛЯР

ЧИТАЛ»’ ЮГО ЗАЛА

A t

УДК 666.94G

И. С. К а н ц е п о л ь с к и й , 3. П. П у л а т о в , И. П. Д я т л о в . Глиеж-портландцемент для гидротехнических сооружений. Ташкент, Изд-во

«Фан» УзССР, 1974. Рнс.—38, табл.—60, библ.—31 пазв., стр. 105.

Созданный лабораторией химии силикатов Института химии АН УзССР новый гидротехнический цемент на основе портландцементного клинкера и глиежа (70% портландцемента+ 30% глиежа) широко приме­ няется в гидротехнических и ирригационных сооружениях Средней Азии. На этом цементе возведены Аму-Бухарский и Ферганский каналы, Кайрак­ кумская и Учкурганская ГЭС.

Уникальные сооружения Токтогульской ГЭС возводятся в основном на глиеж-портландцементе.

В книге рассматриваются химико-минералогический состав глиежей, наиболее важные для гидротехнического цемента свойства глиеж-портланд- цемента, подробно описываются щелочестойкость и тепловыделение глиежпортландцемента, используемого в сооружениях Токтогульской ГЭС.

Монография рассчитана на научных работников, инженеров и техни­ ков цементных заводов, строителей.

О т в е т с т в е н н ы й р е д а к т о р

член-корреспондент АН УзССР

И. С. Канцепольский

ВВЕДЕНИЕ

В 20-х годах А. А. Байков на основе экспериментальных дан­ ных отечественных и зарубежных ученых и своих теоретических представлений о процессах твердения цементов пришел к выводу, что гидротехнические сооружения, возведенные на портландце­ менте, недолговечны, а в морских сооружениях и в условиях дей­ ствия минерализованных сернокислых вод портландцемент вооб­ ще непригоден. В таких случаях должны применяться портланд­ цемента с гидродобавками, так называемые пуццолановые порт­ ландцемента. В связи с этим под руководством А. А. Байкова была создана комиссия по добавкам в цемент. В результате об­ ширных исследований у нас в стране с 30-х годов стали выпускать­ ся пуццолановые портландцементы с добавками осадочного (тре­ пела и опоки) и вулканического (трасса и пемзы) происхождения. Однако указанная комиссия не разрешила вопрос об использова­ нии обожженных глин в качестве добавки к цементу для повы­ шения его сульфатостойкости, так как, по данным многих исследо­ вателей, обожженная глина снижает его сульфатостойкость.

Можно без преувеличения сказать, что ни один район Совет­ ского Союза так не нуждается в водо- и сульфатостойких цемен­ тах как среднеазиатские республики, так как поверхностные и подпочвенные воды многих районов сильно минерализованы. В этих условиях применять портландцемент недопустимо. Между тем необходимые для пуццоланизации портландцемента качествен­ ные добавки — трепел, опока, трасс, пемза — на территории Сред­ ней Азии не обнаружены. Найденные опоковидные породы в рай­ оне Дарбазы и Самарканда содержат много глинистых примесей и непригодны как активные добавки для пуццолановых цементов, но зато имеются богатейшие запасы каолинитовых глин и глиежей (естественно обожженных глин), обнаруженные В. Ц. Цыбышевым.

Учитывая исключительную важность положительного решения проблемы получения водо- и сульфатостойких цементов на мест­ ном сырье, сотрудники лаборатории химии силикатов Института химии АН УзССР осуществили специальные исследования влияния глинита на сульфатостойкость портландцемента.

Были предложены два метода получения сульфатостойких це­ ментов с глинитом. Первый метод заключался в применении в качестве добавки искусственного глинита, полученного обжигом каолинитовой глины при температуре его наибольшей химической

3

Глава I

ХИМИКО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ГЛИЕЖЕЙ

ИИХ ВЛИЯНИЕ НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ

ИСТРОИТЕЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТА

ХИМИЧЕСКИЙ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ГЛИЕЖЕЙ

В геологическом отношении глиежи приурочены к юрскому пе­ риоду.

Наиболее полно изучены глиежи Кзылкийского и Ангренского месторождений. Обнажение кзылкийских глиежей находится на

приведен в табл. 1. Как показывает химический анализ, глиежи довольно однородны и характеризуются большим содержанием кремнезема — до 80%. По данным валового химического анализа они представляют собой сильно запесоченные глины.

Рациональному анализу подвергались две пробы глиежа, имею­ щие следующий химический состав (% на высушенную при 105°

навеску): Si02—72,48 и 76,56; А120з—12,31 и 11,35; Ре20з—4,14 и 3,20; ТЮ2—0,57 и 0,47; СаО— 1,13 и 0,51; MgO— 1,22 и 1,07; S03— 2,22 и 0,58; п. п. п — 2,22 и 2,27 соответственно.

Приводим данные анализа нерастворимого в H2S 04 остатка

(%): нерастворимый остаток — 51,62 и 56,42; Si02 — 50,87 и 55,69; А120 3—0,14 и 0,27; СаО — 0,02 и 0,03; MgO — 0,06 и 0,05 соответст­ венно.

После сернокислой и щелочной обработки нерастворимый оста­ ток состоит в основном из кварца.

Результаты валового химического и рационального анализов подтверждаются и петрографическим анализом, которому подвер­ гались пробы глиежа, характерные для Кзылкийского месторож­ дения.

Петрографическим анализом установлено много окислов желе­ за. Они окрашивают породу в буроватый цвет, окаймляют мине­ ралы, лежат бесформенной массой, редко образуют минералы ге­ матит и лимонит.

Рудных минералов немного. Кварца много, зерна различной ве­ личины и формы с включением окислов железа, мозаичные. Поле­ вых шпатов хорошей сохранности нет, имеются нацело измененные.

5

Мусковит встречается в виде одиночных мельчайших иголочек. , Биотит более крупный, чем мусковит, и отмечается реже. Агрега­ ты глинистых минералов довольно часты.

Минералы по количеству убывают в следующем порядке:

1)кварц; 2) измененные полевые шпаты и глинистые минералы;

3)окислы железа и рудные минералы; 4) слюда.

Обнажение ангренских глиежей находится в непосредственной близости от Ангренского цементного завода. Фазовый состав этих глиежей изучался Г. М. Крыловым [10].

Т а б л и ц а 1

Химический состав технических проб глиежей восточного и з ападного

Для исследования были отобраны семь проб глиежей' с дейст­ вующего карьера Ангренского цементного завода.

Степень обжига глиежей различна. Проба 3 — остеклована, проба 5 — оклинкерованный глиеж, очень походит на керамический каменный товар. Пробы 1, 4, 6 и 7 сильно обожженные. Проба 2 имеет наименьшую степень обжига и малую механическую прочность. Водопоглощение пробы 1 составляет 12,43%; 2—10,02; 3—0,14; 4—9,83; 5—3,48; 6—7,44; 7—13,12%.

Химический состав глиежей и солянокислые вытяжки приведе­ ны в табл. 2 и 3.

Результаты химических анализов показывают, что глиежи Ангренского месторождения менее однородны. Наряду с сильнозапесоченными встречаются глиежи (пробы 3 и 5), полученные при

6

высокотемпературном обжиге каолинитовых глин. Активность глиежей следующая:

При термографическом анализе (прибор ПК-52) на кривых нагревания проб глиежей 1, 2 и 4 отмечен только эндотермический

Т а б л и ц а 2

Химический состав глиежей (% на высушенную при 105° навеску)

эффект при 575° для кварца. На других кривых каких-либо отчет­

По результатам термографического анализа следует, что глиежи обжигались при температуре выше первого экзотермического каолинитового эффекта, т. е. выше 1000°.

7

Под микроскопом при увеличении в 800 раз были замечены иголочки муллита в прозрачном шлифе глиежа 3 (остеклованная проба). В пробах 1, 2 и 4 в трещинах зерен кварца обнаружен метакристобалит в виде изотропного вещества.

Для выявления гидравлической активности глиежей' проведе­ ны также механические испытания известково-глиежных смесей на растяжение в растворах жесткой консистенции (1:3) в соот­ ветствии с требованием технических условий (ТУ). После добав­ ления 20% извести пушонки все пробы глиежей становятся гид­ равлически активными, т. е. известь приобретает способность отвердевать в воде. Прочность образцов на разрыв в шестимесяч­ ном взорасте колеблется в пределах 11,4—21,2 кГ/см2.

РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГЛИЕЖЕЙ

Рентгенограммы порошков глиежей 1—7 снимались на установ­ ке УРС-70. В камере РКД диаметром 57,3 мм использовалось СиКа -излучение с никелевым фильтром.

На рентгенограммах всех проб глиежей имеются характерные

О

линии кварца с d = 4,26; 3,35 А и т. д. В глиежах с большим содер­ жанием Si02 и с эндотермическим эффектом при 575° на кривой нагревания (пробы 1, 2 и 4) отмечены линии кварца с малыми

О

с(=3,40 А из-за присутствия кварца не обнаруживаются.

В результате рентгенографического исследования в ангренских глиежах установлено наличие кристаллических фаз — кварца, кри­ стобалита, тридимита и муллита. Качественные глиежи наиболее надежно диагностируются рентгеноанализом по присутствию кри-

О

стобалита (линии 4,04; 2,49 А).

ИССЛЕДОВАНИЕ ГЛИЕЖЕЙ МЕТОДОМ ИНФРАКРАСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

Фазовый состав ангренских глиежей изучался методом инфра­ красной спектроскопии. Для снятия спектров поглощения образцы глиежей растирались с вазелиновым маслом в агатовой ступке. Съемка образцов производилась на спектрометре ИКС-6 с приз­ мами из бромистого калия. Предварительно были сняты спектры поглощения кварца, кристобалита, тридимита и муллита.

8

Таким образом, полиморфные формы кремнезема хорошо раз­

поглощения муллита в нашем случае не может быть использована в качестве диагностического признака, так как она маскируется интенсивной полосой кремнезема ~ 9 мк. Для определения мулли­ та удобно использовать широкую полосу поглощения 10,6—12 мк, так как все полиморфные формы кремнезема на участке 10—\2мк не имеют полос поглощения.

Инфракрасные спектры поглощения глиежей различаются меж­ ду собой. На спектре глиежа 2 четко видны кварц (двойная полоса поглощения 12,5; 12,8 мк и 14,4 мк) и кристобалит (полосы погло­ щения 12,6—16,3 мк). Полоса поглощения 12,7 мк на спектре глие­ жа 7 относится к тридимиту и кристобалиту. Сравнительно слабая

Снятые инфракрасные спектры поглощения подтверждают дан­ ные рентгенографического анализа о содержании в них кварца, кристобалита и муллита.

ВОДОРАСТВОРИМЫЕ СОЛИ В ГЛИЕЖАХ

Содержание водорастворимых солей в глиежах устанавлива­ лось с помощью суточных водных вытяжек. Результаты анализов (табл. 4) показывают, что в глиежах имеется значительное коли­ чество водорастворимых солей, состоящих в основном из гипса.

Для выяснения влияния температуры обжига глиежей на со­ держание в них водорастворимых солей были отобраны две пробы: 'слабообожженный глиеж А с потерей при прокаливании (п. п.п) 6,69% и активным глиноземом 6,34% и нормально обожженный глиеж В с п.п.п. 1,77% и активным глиноземом 3,07%.

Отобранные пробы подвергались анализам сплавлением, раст­ ворением в 6%-ной НС1 и водным вытяжкам.

Отобранные пробы глиежей А и В имеют следующий химичес­ кий состав (% на высушенную при 105° навеску): Si02—76,35 и 78,26; А12Оз—13,48 и 17,00; Fe20 3—2,77 и 2,19; СаО —0,81 и 1,20; MgO — 0,54 и 1,08; SO3—3,77 и 0,99 соответственно.

Химический состав суточной водной вытяжки глиежей А и В

}