Výroba cementů pro zpevnění na bázi místních minerálních surovin z různých nalezišť Kyrgyzstánu

Abdimalyk kyzy Aizhamal, Tashpolotov Y.
Osh State University

Anotace
Byly zkoumány metody výroby nanostrukturálních cementů pro zpevnění. Byl získán nanokompozitní cement na bázi přírodního křemelínu z nalezišť Tash-Kumyr a Ozgur. Bylo zjištěno, že křemenná naleziště jsou různorodá nejen v chemickém složení, ale i v úrovni obsahu nečistot. Z hlediska složení nečistot jsou pro organizaci výroby cementu pro zpevnění nejvhodnější naleziště Tash-Kumyr a Ozgur. Používané směsi na bázi cementu Portland a práškového křemene umožňují: připravovat sedimentačně odolné cementové roztoky různé hustoty s optimálními reologickými vlastnostmi; vytvářet vysoce pevné a nepropustné cementové kompozice s vysokými teplotami v jámě; výrazně zvyšovat korozní odolnost cementových kompozic.

Klíčová slova: portlandcement, přísady, aktivita, křemenný písek, křemelíny, chemické složení, cement pro zpevnění.

V této práci pro výrobu nanokompozitního cementu pro zpevnění byly použity přírodní křemelíny z nalezišť Tash-Kumyr a Ozgur v Kyrgyzstánu.
Je známo, že jedním z hlavních způsobů cíleného zvyšování teplotní odolnosti cementu pro zpevnění na bázi Portland cementu je použití speciálních přísad k standardním cementům pro zpevnění, jako je jemně disperzní křemelín (SiO2) – kyselý komponent [1,2].
Obvykle se jako taková přísada používá mletý křemenný písek, který obsahuje nečistoty jako je polevný špat, slídy, vápenec. Přítomnost těchto nečistot negativně ovlivňuje vlastnosti vznikajícího cementového kamene – dochází k výraznému snížení jeho pevnosti a korozní odolnosti. Další důležitou složkou je velikost částic přísady. Čím vyšší disperznost přísady, tím vyšší její aktivita při interakci s minerály cementového klinkeru.

Chemické složení existujících křemenných nalezišť na jihu Kyrgyzstánu, určené na základě chemických a spektroskopických analýz, je uvedeno v tabulce 1.

Tabulka 1. Obsah chemických komponent přírodní křemelínové přísady z různých nalezišť

Název naleziště	Obsah chemických komponent, %	Velikost přírodních zrn, mm
Tash-Kumyr	SiO2 94,3, Al2O3 1,8, K2O 3,0	0,1-2,5
Suluktinské	SiO2 85,0, Al2O3 10,5, Fe2O3 0,83, CaO+MgO 1,67	0,5-2,5
Ozgur (Osh)	SiO2 88,3, Al2O3 6,3, K2O 5,5	0,5-2,7

Tabulka 2. Vlastnosti cementových roztoků pro zpevnění s přísadami mletého práškového křemenu

Složení směsi, hmot.%	T0, °C	Vztah voda/cement, W/C	Hustota, kg/m³	Meze pevnosti kamene, MPa
Cement 100, Křemen -	95	0,5	1860	75
Cement 70, Křemen 30	95	0,5	1800	70
Cement 100, Křemen -	120	0,5	1860	80
Cement 70, Křemen 30	120	0,5	1810	68

Na základě uvedených dat v tabulkách 1 a 2, pro výrobu sedimentačně odolných cementových roztoků s hustotou 1800 – 1850 kg/m³ je možné navrhnout použití vysoce disperzního křemenného obohaceného prášku z nalezišť Tash-Kumyr a Ozgur, s následujícími vlastnostmi: chemické složení SiO2 = 94,3 a 88,3 %, obsah nečistot Al2O3 = 1,8 a 6,3 % a K2O = 3,0 a 5,5 %; dodatečné promytí písku zvýší jeho obsah na 97-98 %; vysoká disperznost – průměrná velikost částic mletého SiO2 je 25-45 µm; vysoká specifická plocha – 4710 cm²/g; nízká vlhkost – méně než 0,15 %. Hlavní technické ukazatele (doba ztuhnutí a tuhnutí, reologické a filtrační vlastnosti, roztažnost) lze snadno regulovat přidáním standardně používaných reagentů.

Používané směsi na bázi Portland cementu a práškového křemene tedy umožňují:

připravovat sedimentačně odolné cementové roztoky různé hustoty s optimálními reologickými vlastnostmi;
vytvářet vysoce pevné a nepropustné cementové kompozice ve vrtech s vysokými teplotami v jámě;
výrazně zvyšovat korozní odolnost cementového kamene.

Na základě získaných výsledků byly vyvinuty receptury pro teplotně odolné cementové roztoky pro cementování hlubokých vrtů, které zahrnují speciální přísady pro regulaci doby ztuhnutí, filtračních ukazatelů a kompenzaci negativních účinků smršťování – kontrakce při tvorbě kamene.

Pro hodnocení vlivu koncentrace křemenné přísady na pevnostní vlastnosti cementového kamene byly její koncentrace měněny od 30 do 80 % [3]. Komponenty byly smíchány v suché formě a aktivovány ve vodě při poměru voda/cement W/C = 0,5. S rostoucí koncentrací práškového křemene do 50 % v směsi se pozorovalo zvyšování pevnosti cementového kamene, ale při dalším zvyšování koncentrace SiO2 se pevnost kamene snižovala.

Tabulka 3. Meze pevnosti cementového kamene v závislosti na hmotnostním obsahu cementu a křemenného písku z Ozgur naleziště

Složení směsi	Hmotnostní podíl komponent v směsi (%)	Pevnost v tlaku, MPa
Cement 69, SiO2 31	69, 31	70
Cement 63, SiO2 37	63, 37	75
Cement 56, SiO2 44	56, 44	68
Cement 50, SiO2 50	50, 50	80
Cement 44, SiO2 56	44, 56	60
Cement 37, SiO2 63	37, 63	55
Cement 31, SiO2 69	31, 69	48
Cement 25, SiO2 75	25, 75	18
Cement 19, SiO2 81	19, 81	14

Jak je vidět z tabulky 1, zkoumaná křemenná naleziště se liší nejen v chemickém složení, ale i v obsahu nečistot. Nicméně, podle obsahu nečistot a údajů v tabulkách 2 a 3 jsou pro organizaci výroby cementu pro zpevnění nejvhodnější Tash-Kumyr a Ozgur naleziště.

Závěry:

Bylo zjištěno, že zkoumaná křemenná naleziště jsou různá nejen v chemickém složení, ale i v úrovni obsahu nečistot. Nicméně podle obsahu nečistot jsou pro organizaci výroby cementu pro zpevnění nejvhodnější naleziště Tash-Kumyr a Ozgur.
Používané směsi na bázi Portland cementu a práškového křemene umožňují: připravovat sedimentačně odolné cementové roztoky různé hustoty s optimálními reologickými vlastnostmi; vytvářet vysoce pevné a nepropustné cementové kompozice s vysokými teplotami v jámě; výrazně zvyšovat korozní odolnost cementového kamene.
Bylo zjištěno, že minerální prášky suchého mletí (jak krystalické, tak amorfní) jsou aktivnější a reaktivnější než prášky mokrého mletí při stejné disperznosti. Tato odlišnost v aktivitě prášků suchého a mokrého mletí přetrvává i při dostatečně vysokých teplotách sintering. Můžeme říci, že strukturální nestabilita a nehomogenita disperzní fáze jako původního komponentu nanotechnologie charakterizuje více reaktivní fázi pro formování struktury matrice kompozitu.

Seznam použité literatury:

Babkov V.V., Mokhov V.K., Kapitonov S.M., Komokhov P.G. Strukturotvárnění a destrukce cementových betonů. -Ufa, 2002. - 376 s.
Evtušenko E.I. Aktivace procesů v technologii stavebních materiálů. Belgorod, 2003 - 208 s.
Beley I., Shcherbich N., Konovalov E., Nozdrja V., Samorukov D., Sokolovitch A. Křemelínové aktivní přísady pro cementy pro zpevnění // Burenie. Neft, 2004, č. 3.

Průzkum

Napište svůj názor na tuto otázku. Zajímavé komentáře zveřejňujeme na webu.