Рассмотрим как влияет на свойства малоцементных составов «лего-кирпича» использование песка при его частичном введении взамен отсевов известняка и доломита. За основу исследований было положено предположение о возможности повышения прочности и водостойкости малоцементных комбинаций искусственного каменного материала на основе отсевов с повышенным содержанием частиц пылевидной фракции за счет применения комбинированного заполнителя, состоящего из смеси карбонатных пород и природного кварцевого песка. Исследовано формирование прочности и водостойкости малоцементных составов прессованного каменного материала под влиянием частичной замены отсевов природным кварцевым песком, используя для уплотнения гидравлические прессы для «лего кирпича».
Выявлено, что среднее значение доли щебеночной фракции с размером частиц от 5 до 10 мм в сырье составляет 15 %. Данный факт объясняется использованием для отсева в производственных условиях сеток с квадратными ячейками. Присутствие слабых зерен в карбонатных породах обуславливает наличие в карбонатном материале существенного количества пылевидной фракции, которое, как показывает мониторинг зерновых составов, может изменяться в пределах от 35 до 60 %. В таблице на рис. 1 приведена зерновая составов отсевов после отделения щебеночной фракции.
Рис. 1. Зерновой состав отсевов дробления карбонатных пород
По результатам проведения гранулометрического анализа установлено, что содержание частиц с размером <0,05 мм (тонкодисперсная фракция) во фракции отсевов с размером зерен <0,16 мм составляет 85 %. Испытаниями установлена недостаточная водостойкость прессованного лего кирпича на основе портландцемента и отсевов карбонатных пород, без применения химических добавок. При этом установлено, что при постоянном расходе цемента водостойкость искусственного каменного материала на основе известняка и доломита понижается при увеличении доли пылевидных фракций.
При реализации комплекса лабораторных исследований по изучению свойств «лего-кирпича» из песка и отсевов использовались материалы дробления карбонатных пород, характеризующиеся содержанием пылевидной фракции в количестве 59,6 %. Комбинация рассматриваемого сырья содержала 80 % доломита и 6 % глинистых минералов. Содержание бездобавочного портландцемента с удельной поверхностью 350 м2/кг в составах варьировалось от 10 до 30 %. В качестве материала, частично замещающего отсевы, был принят кварцевый песок Студенковского карьера Республики Марий Эл. Значение модуля крупности песка составляло 2,08. Из исследуемых смесей прессованием формовались образцы цилиндрической формы (h = 70 мм; Ø 70 мм). Значение удельного давления являлось постоянным и принималось равным 15 МПа. В течение 28 суток образцы твердели в нормальных условиях, после чего определялась их прочность при сжатии в сухом и водонасыщенном состоянии.
Результаты исследования процесса формирования прочностных характеристик прессованного искусственного каменного материала в сухом и насыщенном состоянии приведены на рисунке 2.
Рисунок 2. Формирование прочности в сухом и водонасыщенном состоянии прессованного искусственного каменного материала в зависимости от содержания кварцевого песка в составе комбинированного заполнителя
Прирост прочности образцов, изготовленных только на карбонатном материале, при повышении содержания цемента в смеси с 10 до 30 % от массы сухих материалов, составил: в сухом состоянии 8 МПа (с 10,2 до 18,2 МПа), в водонасыщенном состоянии 8,3 МПа (с 1,0 до 9,3 МПа). Соответственно увеличение содержания цемента в указанном интервале способствовало повышению коэффициента водостойкости с 0,1 до 0,51.
Анализ реализованного исследования, приведенный на рисунке 2, позволил установить возможность повышения прочностных характеристик прессованного «лего-кирпича» путем введения песка в состав сырья при частичной замены им отсевов дробления карбонатных пород.
В частности, для составов с содержанием цемента 10 % и 20 % от массы сухих материалов наиболее рациональным, с точки зрения формирования исследуемых параметров, является использование комбинированного заполнителя с содержанием кварцевого песка в диапазоне от 30 до 50 %. Дальнейшее увеличение содержания кварцевого песка в рецептуре «лего-кирпича», для составов долей цемента 10 % от массы сухих материалов, приводит к снижению прочности образцов в сухом и водонасыщенном состоянии.
На рисунке 3 представлена зависимость коэффициента водостойкости исследуемых составов в зависимости от частичной замены отсевов природным кварцевым песком.
Рис. 3. Зависимость коэффициента водостойкости образцов от содержания кварцевого песка в комбинированном заполнителе
На основании анализа зависимости коэффициента водостойкости прессованного «лего-кирпича» от содержания природного кварцевого песка в комбинированном заполнителе, установлено, что с точки зрения формирования прочности в сухом и насыщенном водой состоянии, наиболее рациональным является введение кварцевого песка взамен отсевов в количестве 30 %. При увеличении количества цемента в составах в исследуемом диапазоне, прочность образцов возросла на 12,1 МПа (с 20,0 до 32,1 МПа) и 12,3 МПа (с 4,4 до 16,7 МПа) в сухом и насыщенном водой состоянии соответственно.
Комбинированный состав «лего-кирпича» из песка и отсева приводит к укрупнению заполнителя, что способствует снижению водопотребности формовочных смесей и, как следствие, обосновывает повышение прочности материала.
