Влияние химических элементов твердой массы смесей при заполнении искусственных полостей в земной коре

Abstract

Приведены результаты исследований влияний химических элементов твердой массы смесей на их прочностные характеристики и новообразования при заполнении искусственных полостей в земной коре. Предложен комплексный методический подход к исследованию, включающий химический и рентгенофазовый анализ минерального состава компонентов закладочной смеси, метод растровой электронной микроскопии, микрорентгеноспектральный анализ, экспериментальные исследования по определению прочности на одноосное сжатие образцов. Исследован химический и минералогический состав компонентов закладочной смеси методом рентгенофазового анализа и выявлен их характер влияния на структуру цементного камня. Установлено влияние степени раскрытия сростков в компонентах закладочной смеси и удельной поверхности частиц, содержащих цементообразующие химические элементы на структуру новообразований и ее прочность. Дана количественная оценка изменения прочности искусственного камня в интервале удельной поверхности вяжущего материала 2000 – 6600 см2/г. Акцентировано внимание на важности перехода гелеобразного состояния новообразований цементного камня к кристаллическому. Изучены аспекты взаимного влияния оксидов CaO, MgO в доменном гранулированном шлаке, флюсовых известняках и отвальных дробленных пород на прочность твердеющей смеси. Показано, что степень измельчения компонентов в твердой фазе закладочной смеси существенно влияет на структуру образования твердой массы и ее прочность, но находится в определенном интервале раскрытия сростков, являющимися носителями химических элементов и их значения в формировании структуры цементного камня. При формировании искусственного массива в горном массиве необходимо учитывать химический состав геологических образований, поскольку этот фактор может существенно влиять на прочностные характеристики восприятия внешних нагрузок. Затворение закладочной смеси растворами солей требует дополнительного изучения с учетом экономической целесообразности и экологической безопасности при охране недр.

Наведено результати досліджень впливів хімічних елементів твердіючої маси сумішей на їх міцнісні характеристики та новоутворення при заповненні штучних порожнин у земній корі. Запропоновано комплексний методичний підхід до дослідження, що включає хімічний і рентгенофазовий аналіз мінерального складу компонентів закладної суміші, метод растрової електронної мікроскопії, мікрорентгеноспектральний аналіз, експериментальні дослідження з визначення міцності на одноосьове стискання зразків. Досліджено хімічний і мінералогічний склад компонентів закладної суміші методом рентгенофазового аналізу та виявлено їх характер впливу на структуру цементного каменю. Встановлено вплив ступеня розкриття зростків у компонентах закладної суміші й питомої поверхні часток, що містять цементоутворюючі хімічні елементи на структуру новоутворень та її міцність. Надана кількісна оцінка зміни міцності штучного каменю в інтервалі питомої поверхні в’яжучого матеріалу 2000 – 6600 см2/г. Акцентовано увагу на важливості переходу гелеподібного стану новоутворень цементного каменю до кристалічного. Вивчено аспекти взаємовпливу оксидів CaO, MgO в доменному гранульованому шлаку, флюсових вапняках і відвальних подрібнених породах на міцність твердіючої суміші. Показано, що ступінь подрібнення компонентів у твердій фазі закладної суміші істотно впливає на структуру утворення твердої маси і її міцність, але знаходиться в певному інтервалі розкриття зростків, які є носіями хімічних елементів і їх значення у формуванні структури цементного каменю. При формуванні штучного масиву в гірському масиві необхідно враховувати хімічний склад геологічних утворень, оскільки цей фактор може суттєво впливати на міцнісні характеристики сприйняття зовнішніх навантажень. Затворіння закладної суміші розчинами солей вимагає додаткового вивчення з урахуванням економічної доцільності та екологічної безпеки при охороні надр.

In the paper, the investigation results of the effects of chemical elements of solid mass of mixtures on concrete block strength characteristic while filling technogeneous cavities in the earth crust are given. A comprehensive methodological approach to the investigation is proposed. It includes chemical and X-ray phase analysis of the mineral composition of the filling mixture components, scanning microscopy method, X-ray microanalysis, and experimental studies on determining uniaxial compressive strength of the samples. Chemical and mineralogical composition of the filling mixture components was studied by X-ray phase analysis, and influence on concrete block structure was determined. Influence of mineral grain release in components of the filling mixture and specific surface of particles containing cementforming chemical elements on the concrete block structure and its strength is established. A quantitative estimation of the change of concrete block strength in the range of the specific surface of binder material 2000 – 6600 cm2/g is given. Attention is focused on importance of new concrete block transition from gel state to the crystalline one. Aspects of mutual influence of CaO and MgO oxides in the granulated blastfurnace slag, fluxing limestones and crushed dump rocks on the strength of the hardening mixture were studied. It is shown that the degree of grinding of components in the solid phase of the filling mixture significantly affects the structure of formation of solid mass and its strength, but is within a certain interval of disclosure of intergrowths that are carriers of chemical elements and their value in the formation of the structure of cement stone. It is recommended to consider the chemical composition of geological formations when forming an artificial concrete block in the rock massif because this factor can significantly affect the strength characteristics for accepting external loads. Tempering of filling mixture with salt solutions requires additional study with considering economic feasibility and environmental safety for conservation of mineral resources.