Материал: 2363

ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА

Таблица 1 – Содержание отдельных элементов в горючем сланце

Содержание элемента, % мас.

В процессе испытаний по ГОСТ 11022-95 установлено, что содержание минеральной части в образце горючего сланца Коцебинского месторождения составляет 45,47 %. По фазовому составу минеральная часть горючего сланца, а также зола от его сжигания содержит следующие компоненты (рис. 3):

- кварц SiO2

- карбонат кальция CaCO3 - пирит FeS2

- магнезиан (Са,Mg)CO3

- парагонит-2М NaAl2(Si3Al)O10(OH)2

- тосудит К0,07Са0,23·Na0,25(Al5Mg)(Si7Al)O18,2(OH)11,8·5H2O

- мусковит 2М-1(K0,8Na0,18)(Fe0,03Al11,99)(AlSi3)O10(OH)2

- альбит 11,67Na2О19,35Al2О368,44SiO2.

По элементному составу минеральная часть горючего сланца содержит, в % по массе:

кремния (69,85 ± 2,00); кальция (12,98 ± 0,90); алюминия (8,07 ± 0,40); железа (3,74 ± 0,20);

калия (2,08 ± 0,10); титана (0,39 ± 0,02). В малых количествах (от 0,01 до 0,06 %) содержатся цинк, марганец, молибден, цирконий [11].

Углеродминеральные продукты получали при полукоксовании горючего сланца при температуре 400 – 500 °С в лабораторном реакторе. Термическая переработка в процессе полукоксования показала, что сланцы Коцебинского месторождения содержат жидких продуктов 25,0 – 27,6, твердых продуктов – 60,6 – 63,9 и газообразных продуктов 10,6 – 11,8 мас. % на сухое вещество. Содержание углерода в твердых УМП составило 32,43%.

Исследование структуры методом низкотемпературной адсорбции азота показало, что по 136 удельной поверхности и размерам пор УМП относятся к переходным (капиллярно-пористым)

телам (табл. 2) [12]. Если рассматривать УМП как адсорбенты, то они имеют слабо развитую пористую структуру и характеризуются низкими значениями суммарного объема пор и удельной поверхности. Однако, оценивая УМП как сырье для производства дорожно-строительных материалов, их следует отнести к пористым материалам с низкой прочностью.

При производстве асфальтобетона для дорожного строительства очень важную роль играет дисперсная составляющая – минеральный порошок, который заполняет пустоты песчанощебеночного каркаса и повышает плотность минерального остова, а также структурирует нефтяной битум, образуя асфальтовое вяжущее вещество [13]. По ГОСТ 32761-2014 для получения минерального порошка рекомендуется использовать карбонатные и некарбонатные горные породы, а также отходы промышленного производства [14].

Изучение состава, структуры и физико-химических свойств УМП из горючего сланца Коцебинского месторождения показало, что минеральная часть состоит из кварца, алюмосиликатов сложного состава, карбонатов, в меньшем количестве сульфатов и сульфидов. Содержание в УМП полуторых окислов (Al2O3 + + Fe2O3) равняется 10,0 – 16,5%. Такое количество значительно выше требований ГОСТ 32761-2014 к сырьевым материалам для получения минерального порошка, что может повлиять на показатели набухания и водостойкости минерального порошка и асфальтобетона. Однако высокое содержание углерода в составе УМП, а также присутствие карбонатов кальция, магния и алюминатов позволяют предположить достаточно интенсивное физико-химическое взаимодействие между высокопористой поверхностью зерен УМП и битумом с образованием прочных адгезионных связей.

ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА

Рисунок 3 – Фазовый состав минеральной части горючего сланца

137

Таблица 2 – Характеристики структуры образцов по данным адсорбции азота при 77 К

Минеральный порошок получали помолом в лабораторной планетарной мельнице предварительно измельченных УМП до фракции 0 – 10 мм. Данные табл.3 показывают, что минеральный порошок из УМП имеет высокие показатели дисперсности, и, не смотря на очень высокое содержание полуторных окислов, коэффициент водостойкости образцов из смеси минерального порошка с битумом и показатель набухания находятся в пределах требований стандарта. Минеральный порошок из УМП отвечает требованиям ГОСТ 32761-2014 к марке МП- 3 (минеральный порошок из некарбонатных горных пород) и может быть использован в любых асфальтобетонных и органоминеральных смесях, кроме асфальтобетонных смесей I марки и щебеночно-мастичных смесей [14].

ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА

значительно более низкую прочность при 0 °С. Следовательно, структурирующая способность минерального порошка из горючего сланца, которая зависит от физико-химических процессов на границе раздела «битум – минеральный порошок», достаточно высокая, что отражается на прочностных свойствах асфальтобетона. Меньшие значения прочностей при сжатии и растяжении при расколе, определенные при температуре 0 °С, а также меньшие величины меры хрупкости и коэффициентов теплоустойчивости свидетельствуют о более высокой трещиностойкости и теплоустойчивости асфальтобетона с минеральным порошком из УМП горючего сланца.

Таблица 4 – Физико-механические свойства асфальтобетонов типа Б

По комплексу физико-механических свойств асфальтобетон с минеральным порошком из УМП соответствует требованиям ГОСТ 9128-2013 к III марке асфальтобетона типа Б для II, III дорожно-климатических зон. Асфальтобетон контрольного состава относится ко II марке.

Заключение

Изучение физико-химических свойств и структуры УМП из горючего сланца Коцебинского месторождения показало, что минеральная часть состоит из кварца, алюмосиликатов сложного состава, карбонатов, в меньшем количестве сульфатов и сульфидов. Минеральный порошок из УМП при высоком содержании полуторных окислов (10,0-16,5%) имеет достаточно высокую структурирующую способность, которая обусловлена высоким содержанием углерода (32,43%), присутствием карбонатов кальция, магния, алюминатов и высокой пористостью.

Асфальтобетон типа Б с минеральным порошком из УМП характеризуется достаточно высокими показателями прочности и водостойкости, повышенными показателями теплоустойчивости и трещиностойкости, соответствуя требованиям ГОСТ 9128-2013 к III марке асфальтобетона типа Б для II, III дорожно-климатических зон.

Библиографический список

1.Стрижакова, Ю.А. Горючие сланцы. Генезис, составы, ресурсы / Ю.А. Стрижакова. – М.: Недра,

2008. – 192 с.

2.Altun N. E., Hiçyilmaz C., Hwang J.Y., Suat Bagci A., Kök M. V. Oil shales in the world and Turkey;

reserves, current situation and future prospects: a review / Oil Shale. 2006. Vol. 23. N 3. P. 211-227. http://ttc.sibadi.