Исследователи Института геологии и нефтегазовых технологий Казанского федерального университета и Казанского государственного архитектурно-строительного университета разработали активную минеральную добавку для производства высокопрочного цемента.
Разработка позволит сократить использование самой дорогостоящей составляющей цемента – портландцементного клинкера, производство которого очень энергозатратное и сопровождается большими выбросами углекислого газа в атмосферу.
Совместная с коллегами из КГАСУ работа по поиску альтернативных строительных материалов ведется на протяжении последних 15 лет. В этом году проект «Химическая технология низкоуглеродных цементов с применением реакционноспособных алюмосиликатов на основе активированных монтмориллонитовых глин» поддержан грантом Российского научного фонда, – рассказывает доцент кафедры минералогии и литологии ИГиНГТ Алексей Ескин. – Традиционные добавки для цемента – доменный шлак, зола-унос и микрокремнезем – доступны не во всех регионах, а их запасы и объемы производства ограничены. Поэтому возникла потребность в поиске новых, распространенных и доступных видов сырья. Монтмориллонитовые глины встречаются повсеместно, но в исходном состоянии обладают недостаточной реакционной способностью, чтобы работать как эффективная добавка к цементу даже при их высоких содержаниях минерала монтмориллонита. В первую очередь, необходимо определить, при каких условиях эта глина становится эффективной пуццолановой добавкой – присадкой к цементу.
Казанские ученые изучили влияние термообработки и тонкости помола на реакционную способность монтмориллонитовых глин. С этой целью был проведен комплекс лабораторных исследований. Результаты представлены в статье, опубликованной в журнале «Известия КГАСУ».
Термообработка не просто высушивает глину. При нагреве минералы в ней переходят из стабильного кристаллического состояния в менее упорядоченное – более реакционноспособное. Наши данные показывают, что тонко измельченные термоактивированные глины заметно улучшают прочность цементного камня по сравнению с использованием необработанного сырья, – сказал А. Ескин.
Для того чтобы эффект был максимальным, необходимо учитывать целый ряд параметров: химический и минералогический состав глины, температуру и длительность термообработки, помол и размер частиц.
В ходе исследований ученые выяснили, что «эффективность» глины зависит не столько от содержания минерала монтмориллонита в составе портландцементного камня, сколько от содержания оксида алюминия (Al₂O₃). Не менее важен размер частиц: оптимально, чтобы 90 процентов частиц были не крупнее 50–60 мкм. При таких параметрах можно заменить до 10 процентов портландцемента без существенного снижения прочности цементного камня.
Участники проекта уверены, что использование результатов исследования монтмориллонитовых глин будет способствовать созданию особо прочных материалов, а строительство станет более экологичным и экономичным. Кроме того, увеличится сырьевая база цементной промышленности, так как будут востребованы распространенные местные месторождения глин.
Фото: КФУ
Источник: Минобрнауки России
