Наши журналы
Опубликовать статью Вход и регистрация
Расширенный поиск
Разделы статьи

НЕТРАДИЦИОННОЕ СЫРЬЕ ДЛЯ СТЕНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Научная статья
Володченко А.А.
Загороднюк Л.Х.
Выпуск: № 9 (28), 2014
Опубликована:
2014/10/08
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.

НЕТРАДИЦИОННОЕ СЫРЬЕ ДЛЯ СТЕНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Аннотация

Показана возможность использования песчано-глинистых пород в качестве сырья для производства безавтоклавных стеновых силикатных материалов. Глинистые минералы и тонкодисперсный кварц в условиях пропарки взаимодействуют с известью с образованием цементирующих соединений, за счет чего формируется кристаллизационная структура, которая обеспечивает высокую прочность безавтоклавных силикатных материалов.

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

Volodchenko A.A.1, 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,

UNCONVENTIONAL RAW MATERIALS FOR WALL MATERIALS

Abstract

In this paper the authors show the possibility of using sand-clay rock as a raw material for the production of  non-autoclave silicate wall materials. Clay minerals and finely-sized silica under the conditions of steaming react with lime and form  cementitious compounds. Whereby crystallized structure, which provides high strength properties of non-autoclave silicate materials, is formed.

Keywords: sand-clay rocks, lime, steaming, silicate materials.

В связи с реализацией национальной программы по жилищному строительству особую актуальность приобретают задачи увеличения производства, а также расширения области применения эффективных стеновых силикатных материалов на основе промышленных отходов и местного сырья. Одним из самых распространенных стеновых строительных материалов является силикатный кирпич и камни. По своим технико-экономическим показателям силикатный кирпич существенно превосходит керамический кирпич. Затраты на производство силикатного кирпича в сравнении с керамическим  меньше  на 30–40 %.

По традиционной технологии при производстве силикатных материалов используется кварцевый песок, запасы которого ограничены. Анализ сырьевой базы для производства силикатных материалов показал, что для этих целей пригодны песчано-глинистые породы незавершенной фазы глинообразования. Спецификой этих пород является наличие в их составе таких термодинамически неустойчивых соединений, как смешаннослойные минералы, тонкодисперсный неокатанный кварц, гидрослюда, каолинит и Ca2+монтмориллонит. Породообразующие минералы этого сырья, которые обладают свойствами наноразмерных частиц, позволяют ускорить синтез новообразований, оптимизировать микроструктуру цементирующего соединения и, соответственно, повысить прочностные характеристики силикатных материалов [1–9].

Глинистые породы формируются на заключительной стадии выветривания алюмосиликатных пород, причем на конечной стадии этого процесса образуются глины по преимуществу каолинитового и монтмориллонитового состава. Глины, соответствующие нормативным требованиям, широко используют для производства цемента, керамических изделий, керамзита, а также на их основе можно получать композиционные материалы – металлокомпозиты [10–34].

При выветривании за счет природных процессов произошла дезинтеграция исходных алюмосиликатных пород, что, вероятно, ускорит синтез новообразований при взаимодействии с известью породообразующих минералов не только при автоклавировании, но и при пропарке до 100 °С.

С целью изучение процессов взаимодействия извести и природного наноразмерного сырья в условиях пропарки исследовано сырье, представленное песчано-глинистыми породами региона КМА.

В исследованиях использованы песчано-глинистые породы месторождений КМА, представленные суглинком и супесью. Пелитовая фракция этих пород состоит из монтмориллонита, гидрослюды, каолинита и смешаннослойных образований.

Образцы готовили способом полусухого прессования. Формовочная влажность смеси составляла 10–12 %. Прессование проводили при давлении 20 МПа. Образцы пропаривали при 95 °С по режиму 1,5+9+1,5 ч. Физико-механические свойства силикатных материалов на основе исследуемого сырья приведены в табл. 1.

 

Таблица 1 – Физико-механические свойства силикатных материалов

Физико-механические характеристики Содержание извести, % от массы сухой смеси
  5 10 15 20 25
Образцы на основе супеси
Предел прочности при сжатии, МПа 11,5 14,1 11,8 9,6 8,8
Средняя плотность, кг/м3 1685 1670 1665 1589 1555
Образцы на основе суглинка № 1
Предел прочности при сжатии, МПа 9,1 14,4 15,4 16,5 14,2
Средняя плотность, кг/м3 1715 1655 1660 1600 1556
Образцы на основе суглинка № 2
Предел прочности при сжатии, МПа 7,4 13,8 13,0 11,1 11,3
Средняя плотность, кг/м3 1540 1534 1505 1431 1455
 

Образцы на основе супеси набирают максимальный предел прочности при сжатии 14,1 МПа при содержании извести 10 мас. %. Увеличение содержание извести до 25 мас. % снижает прочность до 8,8 МПа. Максимальной водостойкостью обладают образцы с 10 и 15 мас. % извести (коэффициент размягчения составляет 0,76 и 0,77).

Для суглинка № 1 наиболее существенное увеличение предела прочности при сжатии (с 9,1 до 14,4 МПа)  происходит с повышением содержания извести с 5 до 10 мас. %. Далее прочность увеличивается незначительно и достигает 16,5 МПа при содержании 20 мас. % извести. Все образцы обладают хорошей водостойкостью.

Для суглинка № 2 самый высокий предел прочности при сжатииь 13,8 МПа достигается при содержании извести 10 мас. %. По значению коэффициента размягчения образцы с 10–25 мас. % извести являются водостойкими (см. табл. 1).

Максимальную прочность образцы на основе исследуемых глинистых пород набирают при содержании извести в пределах 10–15 мас. %. Причем, при 10 мас. % извести значения предела прочности при сжатии приблизительно одинаковые. Глинистые породы различаются по вещественному составу. Однако оптимальное содержание извести одинаково и составляет 10–15 мас. %. Это имеет практическое значение, так как в условиях нестабильного вещественного состава сырья, неизбежное в процессе производства, можно получать стеновые материалы с заданными свойствами.

Установлено, что породообразующие минералы изучаемых пород в условиях пропарки взаимодействуют с известью с образованием преимущественно гидросиликатов кальция (CSH(B) и C2SH2) и гидрогранатов, формирующие кристаллизационную структуру композита.

Таким образом, установлена возможность получения безавтоклавных силикатных материалов с использованием в качестве сырья песчано-глинистых пород незавершенной стадии глинообразования. Песчано-глинистые породы за счет содержащихся метастабильных глинистых минералов и тонкодисперсного кварца активно взаимодействуют с известью в условиях пропарки с образованием гидросиликатов кальция и гидрогранатов, что приводит к возникновению кристаллизационной структуры материала, обеспечивающей высокие прочностные показатели силикатных изделий.

Литература

  1. 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.
  2. 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.
  3. Володченко А.Н. Влияние песчано-глинистых пород на оптимизацию микроструктуры автоклавных силикатных материалов // Сборник научных трудов Sworld. – 2012. – Т. 47. – № 4. – С. 32-36.
  4. Володченко А.Н., Лесовик В.С. Автоклавные ячеистые бетоны на основе магнезиальных глин // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2012. – № 5. – С. 14-21.
  5. Володченко А.Н. Глинистые породы в производстве силикатного кирпича // Сборник научных трудов Sworld. – 2012. – Т. 26. – № 2. – С. 8-10.
  6. Володченко А.Н. Автоклавные силикатные материалы на основе отходов горнодобывающей промышленности // Сборник научных трудов Sworld. – 2012. – Т. 47. – № 4. – С. 29-32.
  7. Володченко А.Н. Нетрадиционное сырье для автоклавных силикатных материалов // Технические науки - от теории к практике. – 2013. – № 20. – С. 82-88.
  8. Володченко А.Н. Влияние глинистых минералов на свойства автоклавных силикатных материалов // Инновации в науке. – 2013. – № 21. – С. 23-28.
  9. Володченко А.Н. Магнезиальные глины – сырье для производтва автоклавных ячеистых бетонов // Сборник научных трудов Sworld. – 2013. – Т. 43. – № 1. – С. 3-7.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. Klyuchnikova N.V., Lumar’ E.A. The effect of metal filler on structure formation of composite materials // Glass and Ceramics. – 2005. – Т. 62. – № 9-10. – С. 319-320.
  14. 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.
  15. 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.
  16. 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.
  17. Klyuchnikova N.V., Lumar’ E.A. Production of metal composite materials // Glass and Ceramics. – 2006. – Т. 63. – № 1-2. – С. 68-69.
  18. Klyuchnikova N.V. Interaction between components at metal composites production // European Journal of Natural History. – 2007. – № 6. – С. 110-111.
  19. Ключникова Н.В. Влияние пористости на свойства керамометаллических композитов // Сборник научных трудов Sworld. – 2012. – Т. 6. – № 3. – С. 41-45.
  20. Ключникова Н.В. Принципы создания керамометаллического композита на основе глин и металлического алюминия // Естественные и технические науки. – 2012. – № 2. – С. 450-452.
  21. Ключникова Н.В. Термомеханическое совмещение компонентов при создании керамометаллических композитов // Сборник научных трудов Sworld. – 2012. – Т. 6. – № 2. – С. 65-69.
  22. Ключникова Н.В. Принципы создания керамометаллического композита на основе глин и металлического алюминия // Естественные и технические науки. – 2012. – № 2. – С. 450-452.
  23. Ключникова Н.В. Выбор компонентов как важное условие создания композитов с заданными свойствами // Сборник научных трудов SWorld. – 2013. – Т. 43. – № 1. – С. 16-21.
  24. Klyuchnikova N.V. Ceramic composites properties control using metal filler // Наука и общество. – 2013. – Т. 1. – С. 111-115.
  25. Ключникова Н.В. Исследование физико-механических свойств керамометаллического композита // Сборник научных трудов SWorld. – 2013. – Т. 7. – № 1. – С. 10-15.
  26. Ключникова Н.В. Влияние металлического компонента на свойства керамометаллических композитов // Сборник научных трудов Sworld. – 2013. – Т. 39. – № 2. – С. 54-60.
  27. Ключникова Н.В. Рентгенофазовый анализ композиционных материалов на основе глин // Сборник научных трудов Sworld. – 2013. – Т. 7. – № 1. – С. 3-10.
  28. Ключникова Н.В. Эксплуатационные характеристики строительных композиционных материалов // Сборник научных трудов SWorld. – 2013. – Т. 50. – № 3. – С. 3-8.
  29. 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.
  30. Ключникова Н.В. Эксплуатационные характеристики строительных композиционных материалов // Сборник научных трудов SWorld. – 2013. – Т. 50. – № 3. – С. 3-8.
  31. Ключникова, Н.В. Композиционные системы с металлическими компонентами // Сборник научных трудов SWorld. – 2014. – Т. 19. – № 1. – С. 12-18.
  32. Ключникова Н.В. Адаптация поверхности глинистого компонента к металлической составляющей // Сборник научных трудов SWorld. – 2014. – Т. 36. – № 1. – С. 24-31.
  33. Ключникова Н.В. Композиционные системы с металличекими компонентами // Сборник научных трудов SWorld. – 2014. – Т. 19. – № 1. – С. 12-18.
  34. Ключникова Н.В. Особенности создания композиционных материалов с использованием разнородных компонентов // Актуальные вопросы современной науки. – 2014. – № 34. – С. 168-176.