Большие возможности применения природных цеолитов в Якутии, связано с освоением месторождения Хонгуруу, которое было впервые обнаружено в Якутии сотрудником ЯФ СО АН, К.Е. Колодезниковым в 1978 г. в местности Хонгуруу Республики Саха (Якутия). Так, на территории западной Якутии был открыт крупнейший по прогнозным ресурсам (около 3,5 млрд т) Кемпендяйский цеолитоносный район, в пределах которого в настоящее время известны месторождения Хонгуруу, Улахан-Уоттах, Сорос и Чучуба. На месторождении Хонгуруу завершены разведочные работы и утверждены запасы (11 млн т). Оно подготовлено к промышленному освоению и благоприятно для дешевой открытой разработки.
Цеолит-хонгурин состоит из минералов клиноптилолит-гейландитового ряда (70...90 %), кварца, полевых шпатов, обломков кремнистых пород, биотика, кальцита, вулканического стекла и глинистых минералов. Химический состав хонгурина показан в табл. 1. Содержание хонгурина в породе составляет 70...98 %. Запас сырья оценивается в 11,4 млн т, что позволяет обеспечить нужды республики в цеолите в течение 120 лет. Имеются также другие крупные залежи цеолитового сырья в 3,5 млрд т.
Таблица 1
Химический состав природного цеолита месторождения «Хонгуруу»
|
Химический состав, % |
||||||||
|
SiО2 |
Аl2О3 |
Fe2О3 |
СаО |
МgО |
К2О + Na2О |
ТiО2 |
Н2О+ |
Н2О‒ |
|
65,11 |
12,16 |
1,08 |
2,62 |
1,88 |
3,30 |
0,13 |
8,89 |
4,26 |
По классификации, разработанной НИИЖБом, цеолитовые породы относятся к минеральным добавкам с пуццоланическим проявлением активности с высокой степенью активности. Вместе с тем они относятся к малоэффективным добавкам. Выявленная экспериментально их значительная пуццоланическая активность в большей степени связана с хемосорбционными процессами. Основное же влияние на результаты их применения оказывает высокая водопотребность, требующая строгого ограничения их содержания в составе вяжущего и применения преимущественно в низкомарочных бетонах (М150) и строительных растворах. Накопление нерастворимых новообразований дает возможность гидравлического твердения смешанных вяжущих.
Был проведен ряд исследований по определению влияния введения добавки цеолита-хонгурина в состав композиционного гипсового вяжущего (КГВ) и портландцемента. Результаты исследований приведены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты исследования влияния добавки цеолита-хонгурина на свойства композиционного гипсового вяжущего
|
Расход компонентов, % |
Удельная поверхность добавки, м2/кг |
Предел прочности при изгибе в возрасте 7 сут, МПа |
Предел прочности при сжатии в возрасте 7 сут, МПа |
Коэффициент размягчения |
|||
|
гипсовое вяжущее |
портландцемент |
цеолит-хонгурин |
воды |
||||
|
50 |
20 |
30 |
46 |
420 |
6,32 |
14,66 |
0,58 |
|
50 |
27 |
23 |
43 |
890 |
7,52 |
18,30 |
0,75 |
|
85 |
8 |
7 |
44 |
890 |
6,81 |
16,70 |
0,53 |
Сопоставляя показатели свойств КГВ разных составов в табл. 1, можно отметить, что более тонкий помол цеолита-хонгурина способствует снижению водопотребности, повышению прочности и водостойкости, причем это зависит от количества комплексной добавки в составе вяжущего, с ее уменьшением свойства несколько ухудшаются.
Исследование влияния добавки цеолита на свойства портландцемента производилось на пробе с удельной поверхностью Sуд = 766 м2/кг. Результаты приведены в табл. 3.
Таблица 3
Результаты исследования влияния добавки цеолита-хонгурина на свойства портландцемента
|
Расход компонентов, % |
Расход цеолита-хонгурина от массы вяжущего, % |
В/Ц |
Средняя плотность, кг/м3 |
Предел прочности при изгибе, МПа |
Предел прочности при сжатии, МПа |
|
|
портландцемент |
песок |
|||||
|
25 |
75 |
0 |
0,64 |
2055 |
4,39 |
15,38 |
|
25 |
75 |
5 |
0,64 |
2087 |
5,14 |
17,68 |
|
25 |
75 |
15 |
0,64 |
2093 |
5,43 |
19,89 |
|
25 |
75 |
25 |
0,64 |
2099 |
5,98 |
29,17 |
Экспериментальные данные позволяют сделать вывод, что введение в состав цементного раствора добавки цеолита-хонгурина размолотого до удельной поверхности 766 м2/кг в количестве 25 % от массы вяжущего значительно отражается на пределе прочности при сжатии, при этом рост прочности составил 90 %. Предел прочности при изгибе увеличился только на 36 %.
В дальнейшем на основе разработанных вяжущих веществах были подобраны составы пенобетона различной плотности. Основные физико-механические свойства пенобетонов приведены в табл. 4 и 5.
Таблица 4
Результаты подбора состава пенобетона на основе КГВ
|
Марка по плотности D |
Расход КГВ, кг/м3 |
Состав пены, мл |
Нормальная густота КГВ, % |
Предел прочности при сжатии (7 сут), МПа |
Коэффициент теплопроводности λ, Вт/м·К |
|
|
вода |
пенообразователь ПБ-Люкс |
|||||
|
200 |
200 |
100 |
3,00 |
55 |
0,081 |
0,050 |
|
250 |
250 |
100 |
3,00 |
55 |
0,103 |
0,053 |
|
300 |
300 |
100 |
3,00 |
55 |
0,149 |
0,056 |
|
350 |
350 |
100 |
3,00 |
55 |
0,287 |
0,061 |
|
400 |
400 |
100 |
3,00 |
55 |
0,613 |
0,072 |
Таблица 5
Результаты подбора состава пенобетона на основе портландцемента с добавкой цеолита-хонгурина
|
Марка по плотности D |
Расход материалов, % по массе |
Пена, л/дм3 |
Вода, л/дм3 |
Предел прочности при сжатии, Rсж, МПа |
Коэффициент теплопроводности λ, Вт/м∙К |
|
|
портландцемент |
цеолит-хонгурин |
|||||
|
500 |
85 |
15 |
1,00 |
0,285 |
0,48 |
0,120 |
|
550 |
92 |
8 |
1,10 |
0,314 |
0,68 |
0,168 |
|
600 |
85 |
15 |
0,55 |
0,314 |
1,17 |
0,170 |
|
900 |
92 |
8 |
0,85 |
0,485 |
4,82 |
0,262 |
По полученным результатам можно сделать вывод, что цеолит-хонгурин приобретает достаточную активность при удельной поверхности порядка 800 м2/кг и положительно влияет на физико-механические свойства как смешанных вяжущих на основе гипса, так и чистого портландцемента. На основе разработанных смешанных вяжущих подобраны составы теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных пенобетонов для стеновых изделий.