ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ФОРМОВАНИЯ БЕЗАВТОКЛАВНЫХ СИЛИКАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ НЕТРАДИЦИОННОГО СЫРЬЯ

Володченко А.А.

Младший научный сотрудник, кандидат технических наук, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ФОРМОВАНИЯ БЕЗАВТОКЛАВНЫХ СИЛИКАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ НЕТРАДИЦИОННОГО СЫРЬЯ

Аннотация

Установлено, что использование песчано-глинистых пород в качестве сырья для получения безавтоклавных силикатных материалов можно применять повышенные параметры давления прессования. Прочность сырца при этом увеличивается до 11 раз, а прочность пропаренных изделий более чем в 2 раза. Это позволит облегчить выпуск высокоэффективных стеновых материалов по энергосберегающей технологии.

Ключевые слова: известь, песчано-глинистые породы, безавтоклавные силикатные материалы.

Volodchenko A.A.

Junior researcher, PhD of Technical Siences, Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov

OPTIMIZATION OF PROCESS OF FORMING NON-AUTOCLAVE SILICATE  MATERIALS BASED ON UNCONVENTIONAL RAW MATERIALS

Abstract

Found that the use as raw material sand-clay rocks for non-autoclave silicate materials can apply high of pressure  a compression. Durability in this raw brick  increased to 11 times, and steamed strength more than 2 times of product. This will facilitate the producing  of highly efficient energy-saving wall materials.

Keywords: lime, sandy-clay rocks, non-autoclave silicate materials.

Качество силикатных материалов, получаемых методом полусухого прессования, во многом определяется прочностью сырца. Высокая прочность силикатных материалов достигается при условии максимального уменьшения свободного пространства между компонентами смеси, а это, в свою очередь, зависит от прессового давления при формовании сырца. В технологии производства силикатного кирпича с использованием традиционного сырья на основе известково-песчаной сырьевой смеси прессовое давление составляет 15–20 МПа. Более высокие значения этого показателя не эффективны, так как прочность при этом существенно не повышается.

Прочность сырца преимущественно обусловлена капиллярными силами, действие которых усиливается с повышением дисперсности сырьевой смеси. На основе извести и песка получить высокодисперсное вяжущее очень сложно, так как для помола кварцевого песка требуются высокие энергозатраты, что приводит значительному удорожанию продукции. Повысить дисперсность сырьевой смеси можно за счет использования в качестве сырья горные породы, содержащие высокодисперсные частицы, в том числе и наноразмерного уровня.

Установлено, что для производства силикатных стеновых материалов можно использовать отложения незавершенной стадии глинообразования, которые широко распространены на территории РФ, а также в больших объемах попутно извлекаются при добыче полезных ископаемых [1-11]. Данные породы являются продуктами промежуточной стадии выветривания алюмосиликатных пород. На заключительной стадии выветривания образуются преимущественно мономинеральные глины, которые широко используются для производства керамических изделий, цемента, керамзита, а также их можно применять для получения металлокомпозитов [12-33].

Песчано-глинистые породы за счет высокой дисперсности породообразующих минералов могут позволить использовать повышенные значения давления прессования при формовании сырца. За счет этого возможно значительное увеличение прочности сырца и пропаренного кирпича.

Целью данного исследования является изучение влияния условий формования сырца на физико-механические свойства безавтоклавных силикатных материалов.

Для исследований использовали супесь и два суглинка, которые отобраны на месторождениях Курской магнитной аномалии (КМА). В качестве вяжущего использовали известь-кипелку (активность 78,3 мас. %.).

Содержание пелитовой фракции в суглинке № 1 составляет 39,0, в суглинке № 2 – 51,05 мас. %, в супеси – 22,63 мас. %. Породы преимущественно содержат пелитовую и алевритовую и фракции. Доля псаммитовых частиц в суглинках невысокая – 0,2–0,55 мас. %. Дя супеси этот показатель составляет 15,7 мас. %. В составе пелитовой фракции в основном содержатся глинистые минералы и тонкодисперсный кварц.

Термографическим и рентгенографическим анализом установлено, что исследуемые породы содержат тонкодисперсный кварц, кальцит и глинистые минералы, которые представлены смешаннослойными образованиями, монтмориллонитом,  гидрослюдой и каолинитом. Содержится также рентгеноаморфная фаза. Минеральный состав пород предопределяет возможность взаимодействия с известью при пропарке и получения стеновых материалов по энергосберегающей технологии.

Для приготовления сырьевых смесей известь предварительно измельчали (S_уд = 5000 см²/г). Содержание извести в сырьевой смеси составляло 10 мас. %, что является оптимальной величиной для получения максимальной прочности [9–11]. Известь и исследуемую породу перемешивали, увлажняли водой и гасили в закрытой чашке. Формовочная влажность составляла 10–11 %. Образцы прессовали при давлении 10–50 МПа.

Полученные данные показывают, что предел прочности сырца при сжатии зависит как от давления прессования, так и от вида песчано-глинистой породы (табл. 1).

Таблица 1 - Влияние прессового давления на предел прочности сырца при сжатии

Порода	Давление прессования, МПа
	10	20	30	40	50
Супесь	1,24	1,80	2,05	2,45	3,00
Суглинок № 1	1,30	2,20	3,21	4,30	5,05
Суглинок № 2	1,40	2,40	3,34	4,58	5,00

 

Для всех исследуемых пород предел прочности при сжатии сырца, которые сформованы при 10 МПа, имеют довольно близкие значения (1,24­–1,4 МПа). Повышение прессового давления до 50 МПа повышает предел прочности при сжатии сырца, изготовленного из супеси до 3 МПа, что выше прочности известково-песчаных (0,43 МПа) образцов в 7 раз.

Более существенное влияние увеличение прессового давления оказывает на повышение прочности сырца, полученных на основе суглинков. Характер изменения прочности для этих пород приблизительно одинаковы. Повышение предела прочности при сжатии составляет до 5 МПа, что в 11 раз выше в сравнении с контрольными образцами. Содержание пелитовой фракции в суглинках выше, чем в супеси, что, вероятно, обусловливает более высокое повышение прочности.

Традиционное известково-песчаное сырье не позволяет эффективно применять высокие значения прессового давления, так как это не приводит к существенному повышению прочности сырца. Напротив, для сырьевых смесей на основе песчано-глинистых пород выгоднее использовать повышенные значения давления прессования.

Изучено влияние давления прессования на предел прочности при сжатии образцов на основе суглинков, подвергнутых пропарке при температуре 90–95 ºС (табл. 2).

Таблица 2 - Влияние прессового давления на предел прочности при сжатии пропаренных образцов

Порода	Давление прессования, МПа
	10	20	30	40	50
Суглинок № 1	14,2	19,8	25,4	28,9	31,6
Суглинок № 2	14,2	22,0	28,3	31,5	32,4

 

При увеличении прессового давления предел прочности при сжатии образцов возрастает соответственно с 14,2 до 31,6 и 32,4 МПа (в 2,2 раза), причем в наибольшей степени прочность повышается с увеличением прессового давления до 30 МПа. Суглинок № 2 обеспечивает более высокие значения предела прочности при сжатии.

Установлено, за счет содержащихся в сырье метастабильных породообразующих минералов в условиях пропарки образуются слабоокристаллизованные гидросиликатов кальция, гидрогранаты и карбосиликаты кальция, что приводит к образованию прочного цементирующего соединения, обеспечивающее высокие прочностные свойства силикатных материалов.

Таким  образом, использование песчано-глинистых пород в качестве сырья для производства безавтоклавных силикатных материалов позволяет более эффективно использовать высокие значения давления прессования. Прочность сырца при этом повышается до 11 раз, а прочность пропаренных изделий более чем в 2 раза. Это позволит облегчить выпуск высокоэффективных стеновых материалов по энергосберегающей технологии.

Литература

1. Володченко А.Н., Лесовик В.С. Автоклавные ячеистые бетоны на основе магнезиальных глин // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2012. – № 5. – С. 14-21.
2. Володченко А.Н. Влияние песчано-глинистых пород на оптимизацию микроструктуры автоклавных силикатных материалов // Сборник научных трудов Sworld. – 2012. – Т. 47. – № 4. – С. 32-36.
3. Володченко А.Н. Вяжущее на основе магнезиальных глин для автоклавных силикатных материалов // Сборник научных трудов Sworld. – 2012. – Т. 30. – № 3. – С. 38-41.
4. Володченко А.Н. Автоклавные силикатные материалы на основе отходов горнодобывающей промышленности // Сборник научных трудов Sworld. – 2012. – Т. 47. – № 4. – С. 29-32.
5. Володченко А.Н. Влияние песчано-глинитых пород на пластичность газобетонной массы // Сборник научных трудов SWorld. – 2013. – Т. 43. – № 1. – С. 7-10.
6. Володченко А.Н. Нетрадиционное сырье для автоклавных силикатных материалов // Технические науки - от теории к практике. – 2013. – № 20. – С. 82-88.
7. Володченко А.Н. Влияние глинистых минералов на свойства автоклавных силикатных материалов // Инновации в науке. – 2013. – № 21. – С. 23-28.
8. Володченко А.Н. Влияние состава сырья на пластическую прочность газобетонной смеси // Сборник научных трудов SWorld. – 2013. – Т. 39. – № 2. – С. 45-49.
9. Лесовик В.С., Строкова В.В., Володченко А.А. Влияние наноразмерного сырья на процессы структурообразования в силикатных системах // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2010. – № 1. – С. 13-17.
10. Лесовик В.С., Володченко А.А. Долговечность безавтоклавных силикатных материалов на основе природного наноразмерного сырья // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2011. – № 2. – С. 6-11.
11. Лесовик В.С., Володченко А.А. Влияние состава сырья на свойства безавтоклавных силикатных материалов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2013. – № 1. – С. 10-15.
12. Ключникова Н.В., Лымарь Е.А., Юрьев А.М. Строительные материалы на основе металлической матрицы и неметаллического наполнителя // Успехи современного естествознания. – 2003. – № 12. – С. 79-82.
13. Ключникова Н.В., Лымарь Е.А., Юрьев А.М. Особенности создания композитов строительного назначения на основе металлической матрицы и неметаллического наполнителя // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2003. – № 5. – С. 61-63.
14. Ключникова Н.В., Юрьев А.М., Лымарь Е.А. Перспективные композиционные материалы на основе металлической матрицы и неметаллического наполнителя // Успехи современного естествознания. – 2004. – № 2. – С. 69-69.
15. Ключникова Н.В., Лымарь Е.А., Юрьев А.М. Перспективность использования металло-композитов на предприятиях энергетического профиля // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2004. – № 8. – С. 26-28.
16. Ключникова Н.В., Лымарь Е.А. Конструкционная металлокерамика - один из перспективных материалов современной техники // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2005. – № 9. – С. 111-114.
17. Ключникова Н.В., Лымарь Е.А. Влияние металлического наполнителя на стадии структурообразования композиционных материалов на основе керамической матрицы // Стекло и керамика. – 2005. – № 10. – С. 19-22.
18. Ключникова Н.В., Лымарь Е.А., Приходько А.Ю. Керамические композиционные материалы строительного назначения с использованием металлического наполнителя // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2005. – № 7. – С. 62-65.
19. Klyuchnikova N.V., Lumar’ E.A. The effect of metal filler on structure formation of composite materials / N.V. Klyuchnikova, E.A. Lumar’ // Glass and Ceramics. – 2005. – Т. 62. – № 9-10. – С. 319-320.
20. Klyuchnikova N.V., Lumar’ E.A. Production of metal composite materials // Glass and Ceramics. – 2006. – Т. 63. – № 1-2. – С. 68-69.
21. Klyuchnikova N.V. Interaction between components at metal composites production // European Journal of Natural History. – 2007. – № 6. – С. 110-111.
22. Ключникова Н.В. Влияние пористости на свойства керамометаллических композитов // Сборник научных трудов Sworld. – 2012. – Т. 6. – № 3. – С. 41-45.
23. Ключникова Н.В. Принципы создания керамометаллического композита на основе глин и металлического алюминия // Естественные и технические науки. – 2012. – № 2(58). – С. 450-452.
24. Ключникова Н.В. Термомеханическое совмещение компонентов при создании керамометаллических композитов // Сборник научных трудов Sworld. – 2012. – Т. 6. – № 2. – С. 65-69.
25. Ключникова Н.В. Выбор компонентов как важное условие создания композитов с заданными свойствами // Сборник научных трудов SWorld. – 2013. – Т. 43. – № 1. – С. 16-21.
26. Ключникова Н.В. Исследование физико-механических свойств керамометаллического композита // Сборник научных трудов SWorld. – 2013. – Т. 7. – № 1. – С. 10-15.
27. Ключникова Н.В. Влияние металлического компонента на свойства керамометаллических композитов // Сборник научных трудов Sworld. – 2013. – Т. 39. – № 2. – С. 54-60.
28. Ключникова Н.В. Рентгенофазовый анализ композиционных материалов на основе глин // Сборник научных трудов Sworld. – 2013. – Т. 7. – № 1. – С. 3-10.
29. Ключникова Н.В. Эксплуатационные характеристики строительных композиционных материалов // Сборник научных трудов SWorld. – 2013. – Т. 50. – № 3. – С. 3-8.
30. Klyuchnikova N.V. Ceramic composites properties control using metal filler ceramic composites properties control using metal filler // Наука и общество. – 2013. – Т. 1. – С. 111-115.
31. Klyuchnikova, N.V Modification of components used for making a metal-ceramic composite // Последние тенденции в области науки и технологий управления. – 2013. – Т. 1. – С. 192-197.
32. Ключникова, Н.В. Композиционные системы с металлическими компонентами // Сборник научных трудов SWorld. – 2014. – Т. 19. – № 1. – С. 12-18.
33. Ключникова Н.В. Адаптация поверхности глинистого компонента к металлической составляющей // Сборник научных трудов SWorld. – 2014. – Т. 36. – № 1. – С. 24-31.