3.1. Вяжущие на основе портландцементного клинкера

Основным вяжущим материалом, обеспечивающим прогресс в строительстве, служит портландцемент, для производства которого на Кольском полуострове отсутствует кондиционное сырье. Для обеспечения области цементом его приходится завозить с заводов, расположенных на расстоянии более 1000 км.

Организация цементного производства в Мурманской области возможна при комплексной переработке сырья и на основе отходов промышленности, например, при переработке нефелина на глинозем, содопродукты и цемент или апатита на фосфорные удобрения, серную кислоту и цемент. Вариант, требующий наименьших капиталовложений, - получение шлакопортландцемента (ШПЦ) на основе привозного клинкера и гранулированных медно-никелевых шлаков комбината «Печенганикель», запасы которых на 01.01.2006 г. составили около 30 млн м³.

При переработке нефелинового концентрата методом спекания с известняком на глинозем, содопродукты и портландцемент необходимы высококачественные известняки или карбонатиты с малым содержанием примесей P2O5 и MgO. Такими карбонатными породами Мурманская область не располагает. Для организации производства по переработке нефелина необходимо частично, а лучше целиком, завозить карбонатное сырье из месторождений, находящихся за пределами области, например, из Пикалево или даже Норвегии.

Работами ОТСМ [13] доказана возможность получения портландцементного клинкера из белитового шлама и карбонатитов Ковдорского месторождения с содержанием Р2О5 до 2 мас.%. При производстве 1 т глинозема из хибинского нефелинового концентрата необходимо в среднем 6–8 т известняка для спекания с нефелином и дополнительно 5–6 т на получение портландцементного клинкера. При указанном расходе карбонатного сырья на 1 т глинозема получается цемента 9-10 т. Для производства клинкера из белитовых шламов, кроме известняка, необходимо введение корректирующих железосодержащих добавок. В качестве такой добавки можно использовать гранулированные шлаки комбината «Печенганикель». При получении портландцемента для регулирования сроков схватывания необходима добавка гипса в количестве 5% от массы клинкера, промышленные месторождения в Мурманской области отсутствуют.

На основе портландцементного клинкера возможно получение портландцемента и шлакопортландцемента с добавкой гранулированных шлаков комбината «Печенганикель» в количестве до 40% от массы клинкера [14]. Возможен выпуск цемента для закладочных работ на рудниках с содержанием шлака до 80 мас.%. Работами ОТСМ установлено, что гранулированные медно-никелевые шлаки удовлетворяют требованиям ГОСТ 25094-94. Шлакопортландцемент из медно-никелевых шлаков прошел проверку в опытно-промышленных условиях. Он обладает повышенной стойкостью к сульфатам, находящимся в морской воде. Цементы испытаны в составе тяжелых бетонов.
Организация производства шлакопортландцемента позволит удовлетворить потребность области в цементах марок от «300» до «500», с учетом потребности в цементе для закладки рудничных пространств.

3.2. Местные вяжущие

На основе гранулированных шлаков комбината «Печенганикель», золы Апатитской ТЭЦ, извести привозной и ковдорской разработаны технологии и изучены свойства известково-шлакового и известково-зольного цементов.

В лабораторных условиях испытан известково-зольный цемент на низкосортной ковдорской извести. Цемент получен смешением извести, золы и гипса в шаровой мельнице. После пропаривания прочность при сжатии образцов составляла 13.7 МПа, к 180 суткам увеличилась до 21.1 МПа; после автоклавной обработки прочность образцов составляла 18.9 МПа, к 180 суткам достигала 23.2 МПа. Известково-зольный цемент на золе Апатитской ТЭЦ и низкосортной извести из карбонатитов Ковдорского месторождения по прочностным свойствам может быть пригоден для изготовления стеновых материалов с применением гидротермальной обработки. Для окончательного решения вопроса необходимо проведение опытно-промышленных работ.

Известково-шлаковый цемент – гидравлическое вяжущее, состоящее из смеси тонкомолотых материалов. Оптимальный состав цемента выбирается в зависимости от условий твердения: во влажных условиях – 10-15 мас.% СаО и 7 мас.% гипса, в воздушно-сухих – 20-25 мас.% СаО и 78-80 мас.% шлака. Известково-шлаковые цементы обладают способностью твердеть продолжительное время во влажной и водной среде с повышением их прочности. Через год от начала твердения прочность их увеличивается примерно в 2 раза по сравнению с 28 сут. и в течение 45 лет сохраняют марочную прочность. Наиболее рациональным способом изготовления известково-шлакового цемента является раздельный помол извести и смеси шлака с гипсом с последующим их смешением в мельнице.

Следует отметить, что в Мурманской области в районе станции Титан и Печенги имеются разведанные месторождения карбонатного сырья, пригодных для получения строительной извести, которую можно будет использовать для получения известково-шлакового и известково-зольного цементов. Проведенные полупромышленные испытания по получению молотой негашеной извести из карбонатного сырья Титанского месторождения и печенгских доломитов подтвердили их пригодность для приготовления местных вяжущих.

3.3. Шлакощелочные вяжущие

Молотый гранулированный шлак медно-никелевых производств является основной частью высокопрочного щелочного вяжущего на низкомодульном растворимом стекле. Оптимальное содержание щелочного компонента соответствует содержанию жидкого стекла – 3% в пересчете на Na2O от массы молотого шлака.

Прочность шлакощелочного вяжущего определялась в составе мелкозернистого бетона жесткой консистенции, в котором в качестве заполнителя применялся гранулированный шлак комбината «Печенганикель» с модулем крупности ~3, а также строительный песок с модулем крупности ~2. В зависимости от состава, вида твердения и заполнителя прочность при сжатии колебалась от 51.5 до 117.5 МПа, при изгибе – от 2.6 до 14.6 МПа. Увеличение количества воды в материале до В/Ш = 0.35 (бетон пластичной консистенции) приводит в отдельных случаях к снижению прочности при твердении в воде до 40.0-50.0 МПа.

Мелкозернистый бетон, испытанный в приливно-отливной зоне Кольского залива, показал, что он обладает высокой коррозионной стойкостью и морозостойкостью в морской воде. Бетон имеет плотность 2700 кг/м3 и низкую истираемость, стоек в растворах борной кислоты. Указанные свойства позволяют рекомендовать его для использования в строительстве энергетических, гидротехнических, дорожных и других сооружений.

В начало