Наши журналы
Опубликовать статью Вход и регистрация
Расширенный поиск
Разделы статьи

СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ В БЕЗАВТОКЛАВНЫХ СИЛИКАТНЫХ МАТЕРИАЛАХ НА ОСНОВЕ ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ

Научная статья
Володченко А.А.
Загороднюк Л.Х.
Выпуск: № 8 (27), 2014
Опубликована:
2014/09/08
PDF

Володченко А.А.1, Загороднюк Л.Х.2

1Младший научный сотрудник, кандидат технических наук, 2кандидат технических наук, доцент, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

Статья подготовлена в рамках выполнения базовой части гос. задания Минобрнауки России г/б НИР № 1978 от 31.01.2014 г.

СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ В БЕЗАВТОКЛАВНЫХ СИЛИКАТНЫХ МАТЕРИАЛАХ НА ОСНОВЕ ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ

Аннотация

Установлено, что песчано-глинистые породы за счет содержащихся в них глинистых минералов и тонкодисперсного кварца взаимодействует с известью в условиях пропарки с образованием цементирующих соединений.  За счет этого формируется прочная кристаллизационная структура, обеспечивающая высокие физико-механические показатели безавтоклавных силикатных материалов.

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

Volodchenko A.A., Zagorodnjuk L.H.2

1Junior researcher, PhD of Technical Siences, 2PhD of Technical Siences Associate Professor, Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov,

THE STRUCTURE FORMATION OF NON-AUTOCLAVE SILICATE  MATERIALS BASED ON CLAY MATERIALS

Abstract

It has been established that the sand-clay rocks due to they contain clay minerals and finely divided silica reacts with lime under steaming  with formation cementitious compounds. Thereby forming a solid crystallization structure providing high physical and mechanical non-autoclave silicate materials.

Keywords: lime, sand-clay rocks, structure formation, non-autoclave silicate materials.

В современных условиях на первый план выходят задачи увеличения производства и расширения области применения высокоэффективных стеновых строительных материалов, для изготовления которых используются промышленные отходы и местное сырье. Для решения этой задачи применительно к технологии производства силикатных материалов  необходим переход от традиционного сырья к получению композиционного вяжущего с использованием алюмосиликатного сырья, которое будет способствовать целенаправленному синтезу цементирующего вещества с оптимальной микроструктурой.

На основе анализа сырьевой базы производства силикатных материалов был сделан вывод о пригодности использования для этих целей песчано-глинистых пород незавершенной стадии глинообразования, в частности, попутно извлекаемых песчано-глинистых пород региона Курской магнитной аномалии (КМА).

Глины являются продуктами заключительной фазы выветривания алюмосиликатных пород, на конечной стадии которой образуются глины преимущественно каолинитового и монтмориллонитового состава. Эти глины широко используются для производства керамических материалов, цемента, керамзита, а также на их основе можно получать новые композиционные материалы – металлокомпозиты [1–24].

Минеральный состав отложений незавершенной фазы глинообразования представлен такими термодинамически неустойчивыми соединениями как тонкодисперсный слабоокатанный кварц, смешаннослойные образования, несовершенная гидрослюда, Ca2+монтмориллонит, неупорядоченный каолинит и рентгеноаморфная фаза. Использование этих пород в качестве сырья для производства автоклавных силикатных материалов позволяет оптимизировать состав цементирующего соединения и, соответственно, улучшить физико-механические свойства силикатных изделий  [25–34].

В процессе выветривания природные процессы выполнили часть работы по дезинтеграции исходных алюмосиликатных пород, за счет чего, вероятно, возможен синтез цементирующих соединений при взаимодействии породообразующих минералов с известью не только в условиях автоклавирования, но в условиях пропарки, что явилось целью данных исследований.

В качестве объектов исследования были использованы песчано-глинистые породы региона КМА, представленные супесью и суглинком. В состав пелитовой фракции пород входит монтмориллонит, гидрослюда, каолинит и смешаннослойные образованиями типа гидрослюда-монтмориллонит.

Показано, что использование в качестве сырья песчано-глинистых пород и извести позволяет получать силикатные материалы полусухого способа формования с пределом прочности при сжатии до 29 МПа. Оптимальное содержание извести составляет 10 мас. %. Для повышения долговечности силикатных материалов можно использовать вяжущее на основе извести и цемента.

Установлено, что породообразующие минералы песчано-глинистых пород активно взаимодействует с известью в условиях пропарки при температуре до 95 °C. При этом протекают химические процессы, в результате которых синтезируется комплексное вяжущее, образующее прочный каркас. Новообразования представлены преимущественно слабоокристаллизованными гидросиликатами кальция типа CSH(B). Синтез гидросиликатов кальция протекает за счет взаимодействия извести с тонкодисперсным кварцем и глинистыми минералами.  В образцах также зафиксировано образование гидрогранатов состава C3ASxH6–2x. В процессе взаимодействия глинистых минералов с гидроксидом кальция в условиях пропарки ослабляются связи между кремнекислородными тетраэдрами и атомами алюминия в кристаллической решетке глинистого минерала, в результате чего глинозем и кремнезем приобретают способность вступать во взаимодействие с гидроксидом кальция с образованием гидросиликатов кальция и гидрогранатов.

Электронномикроскопические исследования показали, что в образцах формируется кристаллизационная структура (рис. 1). В структуре прослеживается сетка из новообразований, представляющие собой слабоокристаллизованныенизкоосновные гидросиликаты кальция.

 

14-04-2020 15-37-01

Рис. 1 – Микроструктура образцов на основе песчано-глинистого сырья, РЕМ: а – ´1000; б – ´9500

 

Можно сделать вывод, что при использовании песчано-глинистого сырья образуется прочная микроструктура за счет высокой плотности упаковки материала, а также увеличения числа контактов вследствие синтеза гидрогранатов, являющиеся микронаполнителем в субмикрокристаллической гелевидной фазе из низкоосновных гидросиликатов кальция.

Таким образом, песчано-глинистые породы незавершенной стадии глинообразования за счет породообразующих минералов активно взаимодействуют с известью в условиях пропарки с образованием слабоокристаллизованных низкоосновных гидросиликатов кальция и гидрогранатов, в результате чего формируется кристаллизационная структура материала, обеспечивающая высокие физико-механические показатели силикатных изделий. На основе изучаемых глинистых пород можно получать высокоэффективные безавтоклавные стеновые материалы с низкими энергозатратами.

Литература

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. Klyuchnikova N.V., Lumar’ E.A. Production of metal composite materials // Glass and Ceramics. – 2006. – Т. 63. – № 1-2. – С. 68-69.
  10. Klyuchnikova N.V. Interaction between components at metal composites production // European Journal of Natural History. – 2007. – № 6. – С. 110-111.
  11. Ключникова Н.В. Влияние пористости на свойства керамометаллических композитов // Сборник научных трудов Sworld. – 2012. – Т. 6. – № 3. – С. 41-45.
  12. Ключникова Н.В. Принципы создания керамометаллического композита на основе глин и металлического алюминия // Естественные и технические науки. – 2012. – № 2. – С. 450-452.
  13. Ключникова Н.В. Термомеханическое совмещение компонентов при создании керамометаллических композитов // Сборник научных трудов Sworld. – 2012. – Т. 6. – № 2. – С. 65-69.
  14. Ключникова Н.В. Выбор компонентов как важное условие создания композитов с заданными свойствами // Сборник научных трудов SWorld. – 2013. – Т. 43. – № 1. – С. 16-21.
  15. Ключникова Н.В. Исследование физико-механических свойств керамометаллического композита // Сборник научных трудов SWorld. – 2013. – Т. 7. – № 1. – С. 10-15.
  16. Klyuchnikova N.V. Ceramic composites properties control using metal filler // Наука и общество. – 2013. – Т. 1. – С. 111-115.
  17. Ключникова Н.В. Влияние металлического компонента на свойства керамометаллических композитов // Сборник научных трудов Sworld. – 2013. – Т. 39. – № 2. – С. 54-60.
  18. Ключникова Н.В. Рентгенофазовый анализ композиционных материалов на основе глин // Сборник научных трудов Sworld. – 2013. – Т. 7. – № 1. – С. 3-10.
  19. Ключникова Н.В. Эксплуатационные характеристики строительных композиционных материалов // Сборник научных трудов SWorld. – 2013. – Т. 50. – № 3. – С. 3-8.
  20. 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.
  21. Ключникова, Н.В. Композиционные системы с металлическими компонентами // Сборник научных трудов SWorld. – 2014. – Т. 19. – № 1. – С. 12-18.
  22. Ключникова Н.В. Адаптация поверхности глинистого компонента к металлической составляющей // Сборник научных трудов SWorld. – 2014. – Т. 36. – № 1. – С. 24-31.
  23. Ключникова Н.В. Особенности создания композиционных материалов с использованием разнородных компонентов //Актуальные вопросы современной науки. – 2014. – № 34. – С. 168-176.
  24. Ключникова Н.В., Лымарь Е.А. Получение металлокомпозиционных материалов // Стекло и керамика. – 2006. – № 2. – С. 33-34.
  25. Володченко А.Н. Влияние песчано-глинистых пород на оптимизацию микроструктуры автоклавных силикатных материалов // Сборник научных трудов Sworld. – 2012. – Т. 47. – № 4. – С. 32-36.
  26. Лесовик В.С., Володченко А.Н., Алфимов С.И., Жуков Р.В., Гаранин В.К. Ячеистый бетон с использованием попутнодобываемых пород Архангельской алмазоносной провинции // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2007. – № 2. – С. 13-18.
  27. Володченко А.Н. Влияние механоактивации известково-сапонитового вяжущего на свойстве автоклавные силикатных материалов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2011. – № 3. – С. 13-16.
  28. Володченко А.Н., Лесовик В.С. Автоклавные ячеистые бетоны на основе магнезиальных глин // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2012. – № 5. – С. 14-21.
  29. Володченко А.Н. Глинистые породы в производстве силикатного кирпича // Сборник научных трудов Sworld. – 2012. – Т. 26. – № 2. – С. 8-10.
  30. Володченко А.Н. Вяжущее на основе магнезиальных глин для автоклавных силикатных материалов // Сборник научных трудов Sworld. – 2012. – Т. 30. – № 3. – С. 38-41.
  31. Володченко А.Н. Автоклавные силикатные материалы на основе отходов горнодобывающей промышленности // Сборник научных трудов Sworld. – 2012. – Т. 47. – № 4. – С. 29-32.
  32. Володченко А.Н. Нетрадиционное сырье для автоклавных силикатных материалов // Технические науки - от теории к практике. – 2013. – № 20. – С. 82-88.
  33. Володченко А.Н. Влияние глинистых минералов на свойства автоклавных силикатных материалов // Инновации в науке. – 2013. – № 21. – С. 23-28.
  34. Володченко А.Н. Магнезиальные глины – сырье для производтва автоклавных ячеистых бетонов // Сборник научных трудов Sworld. – 2013. – Т. 43. – № 1. – С. 3-7.