Концептуальные аспекты конструирования минеральных порошковых композиций из сырья природного и техногенного происхождения

Исследования, связанные с разработкой критериев оптимизации состава строительных смесей на основе минеральных порошков, в настоящее время не теряют своей актуальности и являются одним из приоритетных вопросов отрасли. Исходя из факта преимущественного использования процессов дезинтеграции сырьевого материала горных пород при подготовке к его дальнейшему технологическому переделу, в данной работе предлагается для оценки процесса механоактивации при дроблении материала использовать параметр активности поверхности получаемой порошковой системы, а для оптимизации состава смеси, исходя из принципов максимального дисперсионного взаимодействия частиц дисперсий, использовать аналоговую величину постоянной Гамакера. На примере горных пород различных генетических групп природного и техногенного происхождения (базальт, кварцевый и полиминеральный кремнеземсодержащий пески, сапонитсодержащий отход процесса обогащения кимберлитовых руд) показан алгоритм расчета вышеупомянутых характеристик. Установлено, что при одинаковой продолжительности помола (и сравнимых значениях размерных характеристик получаемых порошков) активность поверхности возрастает в ряду: полиминеральный песок, кварцевый песок, сапонитсодержащий материал. Максимальным дисперсионным взаимодействием частиц исследуемых минеральных порошков (базальт, сапонитсодержащий отход, серпентин), оцениваемым по значениям аналоговой постоянной Гамакера, характеризуется дисперсия, полученная путем механического помола серпентина.

М.А. ФРОЛОВА, канд. хим. наук, доцент (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова (163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17)

1. Ширяев А.О., Высоцкая М.А. Минеральный порошок в современной системе проектирования асфальтобетонных смесей // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2022. № 2. С. 8–19. EDN: CLKVKE. https://doi.org/10.34031/2071-7318-2021-7-2-8-19
2. Yadykina V.V., Kuznetsova E.V., Lebedev M.S. Effect of mineral filler modification on the intensity of bitumen aging // Lecture Notes in Civil Engineering. 2021. Vol. 147, pp. 189–194. https://doi.org/10.1007/978-3-030-68984-1_28
3. Патент РФ № 2016145039. Способ получения активированного минерального порошка для асфальтобетона и кровельных материалов из кварцевого песка и активированный минеральный порошок для асфальтобетона и кровельных материалов / Михайлов А.В., Нурисламов А.А., Родионов Д.Н., Щепелев А.В. Заявл. 2016.11.17. Опубл. 17.05.2018. Бюл. № 14.
4. Калашников В.И., Тараканов О.В., Кузнецов Ю.С., Володин В.М., Белякова Е.А. Бетоны нового поколения на основе сухих тонко-зернисто-порошковых смесей // Инженерно-строительный журнал. 2012. № 8. С. 47–53. EDN: PJWLHF. https://doi.org/10.5862/MCE.34.7
5. Соколова Ю.В., Нелюбова В.В., Айзенштадт А.М., Строкова В.В. Реология грунтобетонных смесей на основе полимер-органического связующего с минеральным модификатором // Строительные материалы. 2022. № 12. С. 26–32. EDN: ADWNLR. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-809-12-26-32
6. Danilov V., Ayzenshtadt A., Kilyusheva N., Belyav A. Wood surface modification with an arabinogalactan–silica composition // Journal of Wood Chemistry and Technology. 2021. Vol. 41. Iss. 6, pp. 1–13. https://doi.org/10.1080/02773813.2021.1977828
7. Зуев В.В., Поцелуев Л.Н., Гончаров Ю.Д. Кристаллоэнергетика как основа оценки магнезиальных свойств твердотелых материалов (включая магнезиальные цементы). CПб.: ООО «АЛЬФАПОЛ», 2006. 119 с.
8. Зуев В.В. Денисов Г.А., Мочалов Н.А. и др. Энергоплотность как критерий оценки свойств минеральных и других кристаллических веществ. М.: Полимедиа, 2000. 352 с.
9. Абрамовская И.Р., Айзенштадт А.М., Лесовик В.С., Вешнякова Л.А., Фролова М.А., Казлитин С.А.. Расчет энергоемкости горных пород — как сырья для производства строительных материалов. // Промышленное и гражданское строительство. 2012. № 10. С. 23–25. EDN: PFGICX
10. Лесовик В.С. Повышение эффективности производства строительных материалов с учетом генезиса горных пород. М.: АСВ, 2006. 526 с.
11. Нелюбова В.В., Строкова В.В., Данилов В.Е., Айзенштадт А.М. Комплексная оценка активности кремнеземсодержащего сырья как показателя эффективности механоактивации // Обогащение руд. 2022. № 2. С. 18–26. EDN: GTUQRF. https://doi.org/10.17580/or.2022.02.03
12. Шаманина А.В., Кононова В.М., Данилов В.Е., Фролова М.А., Айзенштадт А. М. Аспекты определения активности поверхности дисперсных систем на основе минеральных порошков // Материаловедение. 2021. № 7. С. 30–36. EDN: ASLHNO. https://doi.org/10.31044/1684-579X-2021-0-7-30-36
13. Фролова М.А. Методические особенности определения удельной поверхностной энергии минеральных кварцсодержащих порошков // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2022. № 8. С. 17–26. EDN: MYKOPA. https://doi.org/10.34031/2071-7318-2022-7-8-17-26
14. Фролова М.А., Лесовик В.С., Айзенштадт А.М. Поверхностная активность горных пород // Строительные материалы. 2013. № 11. С. 71–74. EDN: RKXZQX
15. Вешнякова Л.А., Айзенштадт А.М., Фролова М.А. Оценка поверхностной активности высокодисперсного сырья для композиционных строительных материалов. // Физика и xимия обработки материалов. 2015. № 2. С. 68–72. EDN: TQUWST
16. Морозова М.В., Акулова М.В., Фролова М.А., Щепочкина Ю.А. Определение энергетических параметров песков на примере месторождений Архангельской области // Материаловедение. 2020. № 9. С. 45–48. EDN: ATJJQE. https://doi.org/10.31044/1684-579X-2020-0-9-45-48
17. Айзенштадт А.М., Дроздюк Т.А., Данилов В.Е., Фролова М.А., Гарамов Г.А. Активность поверхности порошков бетонного лома // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. 2021. Т. 13. № 2. С. 108–116. EDN: OQSFFR. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2021-13-2-108-116
18. Морозова М.В., Айзенштадт А.М., Акулова М.В., Фролова М.А. Фазово-структурная гетерогенность и активность поверхности порошков полиминеральных песков // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. 2022. Т. 14. № 2. С. 89–95. EDN: MRZQKR. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2022-14-2-89-95
19. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. М.: Наука, 1985. 368 с.
20. Дерягин Б.В., Абрикосов Е.М., Лифшиц Е.М. Молекулярное притяжение конденсированных тел // Успехи физических наук. 2015. Т. 185. № 9. С. 982–1001. EDN: UHHNQB. https://doi.org/10.3367/UFNr.0185.201509i.0981
21. Бойнович Л.Б. Дальнодействующие поверхностные силы и их роль в развитии нанотехнологии // Успехи химии. 2007. Т. 76. № 5. С. 510–528. EDN: HZCBQD
22. Boinovich L., Emelyanenko A. Wetting and surface forces // Advances in Colloid and Interface Science. 2011. Vol. 165. No. 2, pp. 60–69. https://doi.org/10.1016/j.cis.2011.03.002
23. Ayzenshtadt A.M., Korolev E.V., Drozdyuk T.A., Danilov V.E., Frolova M.A. Possible Approach to Estimating the Dispersion Interaction in Powder Systems // Inorganic Materials: Applied Research. 2022. Vol. 13. No. 3, pp. 793–799. EDN: CMYWQR. https://doi.org/10.1134/S2075113322030029
24. Гочжун Ц., Ван И. Наноструктуры и наноматериалы. Синтез, свойства и применение / Пер. с англ. А.И. Ефимова, С.И. Каргова. М.: Научный мир, 2012. 520 с.
25. Фролова М.А., Тутыгин А.С., Айзенштадт А.М., Лесовик В.С., Махова Т.А., Поспелова Т.А. Критерий оценки энергетических свойств поверхности // Наносистемы: физика, химия, математика. 2011. Т. 2. № 4. С. 120–125. EDN: OWOOPZ