Zemstroyplan.com

В нашей стране и за рубежом ежегодно образуется сотни тысяч тонн отходов, одними из которых являются карбонатные. Их основными представителями являются карбонатный шлам — продукт водоумягчения известкованием и карбонатные высевки (чаще всего доломитовые) — отход камнедробления.

Карбонатный шлам как продукт, полученный химическим осаждением, обладает комплексом физико-химических свойств: определенным потенциалом ионизации, поверхностной активностью, высокой дисперсностью и т.д. Особенностью шламовых систем является присутствие в них адсорбционно-связанной воды, которая играет важную роль в процессе полярного электростатического взаимодействия. Жидкость создает условия подвижности частиц, что способствует образованию контактов и дает возможность осуществить их на большей площади.

Благодаря этому карбонатный шлам является естественным модификатором поверхности, при нанесении которого повышение прочности хемосорбционных связей приведет к улучшению адгезии отрицательно заряженного вяжущего к одноименно заряженным частицам заполнителя.

Известно, что заполнитель из кислых горных пород, таких, как кварц, гранит и др., обладает недостаточным сцеплением как с цементным тестом, так и с битумом вследствие того, что одноименно заряженные частицы вяжущего и заполнителя, электростатически противодействуя друг другу, не способны создать прочных связей, а также в силу того, что зерна заполнителя имеют гладкую поверхность, что препятствует механическому сцеплению. Именно в этом случае эффективно использование модификатора с противоположным знаком заряда с целью активации поверхности заполнителя и увеличения адгезии вяжущего к нему. Таким активатором является карбонатный шлам, который легко адсорбируется на поверхности зерен кислого заполнителя и способствует формированию прочных хемосорбционных связей.

Активация поверхности карбонатным шламом рекомендуется для материалов, которые содержат значительное количество мелкого заполнителя из кислых горных пород, таких, как асфальтобетон (особенно песчанистый, где содержание песка до 80%), тяжелые бетоны и керамзитобетоны на плотном или керамзитовом песке. Для последних актуально использовать активацию как мелкого, так и крупного заполнителя, поскольку керамзит также имеет отрицательный заряд. Кроме того, высокодисперсный карбон атный шлам, адсорбируясь на поверхности керамзитовых зерен, не только повышает адгезию цементного теста к нему, но и, закупоривая поры керамзита, способствует формированию более плотной и прочной контактной зоны цемент-керамзит. Кроме того, частицы карбонатов кальция и магния, вступая в реакцию с трехкальциевым алюминатом, образуют алюмокальциевый гидрокарбонат, который в несколько раз превосходит по прочности обычные продукты гидратации портландцементного клинкера.

Проведенные лабораторные испытания показывают, что асфальтобетон на активированном кварцевом песке обладает улучшенными характеристиками по сравнению с обычным. Так, введение активатора в количестве 5% от массы заполнителя повысила предел прочности при сжатии в среднем в 1,7 раза (при различной температуре испытания), кроме того, более чем в 2 раза снизились водонасыщение и набухание материала, повысились водо- и теплостойкость.

Испытание керамзитобетона на активированном керамзитовом гравии показали, что, как и у асфальтобетона, модификация поверхности оказала положительное влияние в первую очередь на прочность, которая увеличилась в 1,5 раза, однако, кроме этого, в среднем на 15% понизилась расслаиваемость смеси. Это говорит о повышении ее седиментационной устойчивости.

Карбонатные высевки имеют сходный со шламом химический состав (преимущественно карбонаты кальция и магния) и представляют собой частицы пористой структуры, фракции 0-5 мм. Это предопределяет возможность использования их в качестве мелкого заполнителя в различные виды бетонов и растворов. Надо отметить, что использование карбонатного песка в ряде случаев предпочтительнее кварцевого или гранитного, поскольку, как уже говорилось ранее, последние обладают недостаточным сцеплением как с цементным тестом, так и с битумом, в то время как карбонатный песок, противоположно заряженный по отношению к частицам вяжущего, образует прочные хемосорбционные контакты, что положительно сказывается на прочности и долговечности бетона. Кроме того, пористая структура карбонатных зерен способствует их механическому сцеплению с вяжущим, а впоследствии и с затвердевшим бетоном, что также повышает прочность материала.

Одной из причин ограниченного применения карбонатных высевок в качестве мелкого заполнителя связано с ограничением ГОСТа, согласно которому содержание пылевидных частиц не должно превышать 5%, а карбонатные высевки, как правило, содержат 8-10% частиц размером менее 0,071 мм. Однако надо отметить, что в данном случае эти фракции не только не повысят расход вяжущего, как предполагает ГОСТ, но и дадут возможность несколько понизить его, так как окажут влияние на формирование контактной зоны, сходное с влиянием карбонатного шлама. В асфальтовом же бетоне эти фракции будут играть роль минерального наполнителя, так как их количество достаточно для образования структурированного битума и получения битумно-минерального вяжущего. В качестве примера можно привести асфальтобетонный завод в п. Козелки города Самары, где уже длительное время доломитовые высевки используются как комплексный полифракционный состав, включающий в себя одновременно мелкий заполнитель и минеральный наполнит ель.

Использование карбонатных высевок в качестве мелкого заполнителя играет особенно важную роль для регионов, где не имеется запасов качественного кварцевого песка, но достаточное количество осадочных горных пород, таких, как известняк и доломит. Когда запасы кварцевого песка достаточно велики, рекомендуется производить его активацию карбонатным шламом, что позволит не только повысить прочность и долговечность материалов, но позволит сократить расход вяжущих.

На данный момент запасы карбонатных отходов достаточны для того, чтобы начать их массовое и планомерное применение в производстве строительных материалов.

Авторы: С. Коренькова, Г. Макридов