CC BY
53
ИЗУЧЕНИЕ ПРОДУКТОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МАГНЕЗИАЛЬНОЙ ГЛИНЫ С ИЗВЕСТЬЮ ПРИ АВТОКЛАВНОЙ ОБРАБОТКЕ
Володченко Анатолий Николаевич
канд. техн. наук, профессор Белгородского государственного технологического университета им В.Г. Шухова, РФ, г. Белгород
E-mail: volodchenko @intbel.ru
STUDY OF REACTION PRODUCTS INTERACT OF MAGNESIAN CLAY
WITH LIME AT AUTOCLAVING
Anatoly Volodchenko
candidate of Technical Sciences, professor of Belgorod State Technological
University named after V. G. Shukhov, Russia Belgorod,
АННОТАЦИЯ
Установлен состав цементирующего соединения автоклавных силикатных материалов, полученных с использованием вяжущего на основе магнезиальной глины.
ABSTRACT
The was defined composition of the cementitious binder of autoclave silicate materials are produced based on binder of magnesia clay.
Ключевые слова: магнезиальная глина; известково-сапонитовое вяжущее; автоклавная обработка; новообразования.
Keywords: magnesia clay; lime-saponite binder; autoclaving; neoplasms.
Широкое использование в современном строительстве автоклавных материалов связано со сравнительно простой технологией производства, с низкой себестоимостью и высоким качеством изделий. Для производства автоклавных материалов в основном используют известково-кремнеземистое вяжущее. В качестве кремнеземистого компонента для получения вяжущих автоклавного твердения можно использовать некоторые промышленные отходы. Наиболее перспективным является использование вскрышных пород горнодобывающей промышленности и, в частности, песчано-глинистые породы. Глинистые породы, отвечающие требованиям нормативных
документов, применяются в качестве сырья в производства цемента и керамических материалов. Это сырье можно использовать также для получения металлокомпозитов [9—27, 30—32]. Установлено, что песчано-глинистые породы не пригодные для получения указанных материалов можно использовать для производства автоклавных силикатных материалов [1— 8, 28, 29].
В ряде регионов, в частности в пределах Архангельской алмазоносной провинции широко распространены магнезиальные глины ультраосновного состава, спецификой которых является наличие в их составе сапонита (до 98 мас. %), а также других глинистых минералов, тонкодисперсного кварца и кальцита. Проведены исследования с целью изучения возможности использования магнезиальных глин для получения вяжущего автоклавного твердения [6].
Целью работы является изучение состава новообразований, образующегося при автоклавной обработке известково-сапонитового вяжущего.
Магнезиальная глина представляет собой плотную породу серого цвета с зеленым оттенком с раковистым изломом и слоистой текстурой. В пробе преобладают алевритоые и пелитовые частицы (73,82 мас. %). Химический состав породы следующий, мас. %: 8Ю2 - 45,3, Л120з - 6,24, Бе203 - 8,14, СаО -8,86, Mg0 - 18,92, ТЮ2 - 0,65, К20 - 2,16, Ш20 - 2,84, п.п.п. - 6,16.
Целью работы является исследование состава цементирующего соединения автоклавных силикатных материалов на основе известково-сапонитового вяжущего.
Образцы, полученные на основе магнезиальной глины и извести, содержание которой изменялось от 10 до 40 мас. %, автоклавировали по режиму 1,5+6+1,5 ч при давлении пара 1,0 МПа. Фазовый состав новообразований исследовали методами термографического, рентгенорафического и ИК-спектроскопического анализа.
При взаимодействии глины и извести преимущественно реагирует сапонит. Продуктами реакции являются низкоосновные гидросиликаты кальция группы CSH(B) (экзоэффекты при 810—840 °С на термограмме) и глиноземистый тоберморит (рефлексы 9,58—12,0 Ä на рентгенограмме). Возможно образование рентгеноаморфных гидросиликатов магния.
С увеличением содержания в вяжущем извести повышается содержание в цементирующем соединении карбоната кальция. Одновременно повышается содержание карбоната магния (усиление интенсивности полос поглощения 857
и 1475 см-1 на ИК-спектрах и рефлекса 2,917 Ä на рентгенограмме). Магнезит
2+ 2_
образуется при связывании ионов Mg с анионами СО3 Данные ИК-
2_
спектроскопии показали, что наиболее интенсивные полосы поглощений СО3 (1500—1450, 878—857 см-1) и SiO44_ (1100—950, 550—370 см-1) наблюдаются в автоклавированных образцах при содержании извести 20 мас. %. Этот состав вяжущего обеспечивает максимальную прочность образцам, что свидетельствует об образовании оптимального состава цементирующего соединения.
При высокой температуре и большой длительности автоклавной обработки в системе MgO_SiO2_H2O происходит образование гидросиликатов магния типа серпентина, которые фиксируются термографическим и рентгенофазовым методами анализа. При низких температурах и коротких режимах запаривания образуются рентгеноаморфные гидросиликаты магния.
В условиях нашего эксперимента в системе MgO_SiO2_H2O при изотермической выдержке 6 ч и давлении автоклавирования 1,0 МПа также обнаружено образование рентгеноаморфных гидросиликатов магния по экзоэффекту при 820 °С (рис. 1, а).
В системе СаO_SiO2_H2O при тех же условиях образование гидросиликатов кальция группы CSH(B) определяется как термографическим (экзоэффект при 825 °С), так и рентгенофазовым (3,063 Ä) (рис. 1, б) методами анализа. При этом степень взаимодействия SiO2 с Са^Щ2 гораздо выше, чем с Мg(OH)2. Это фиксируется по относительно меньшей величине аналитических
линий свободного кварца на рентгенограмме (серия рефлексов 3,35; 4,26; 1,82 А) при взаимодействии с Са(ОН)2 и по наличию свободного, еще не вступившего в реакцию Мg(OH)2 (пик около 3700 см-1 на ИК-спектре (рис. 1, в) и эндоэффект при 410 °С на ДТА).
а
б
20 200 400 600 800 1000
Температура, оС
в
Рисунок. 1. Термограммы (а), рентгенограммы (б) и ИК-спектры (в) продуктов взаимодействия БЮ2 с Са(ОН)2 (1) и БЮ2 с М§^(ОН)2 (2)
Полученные данные показывают, что гидросиликаты магния, полученные при низких температурах и коротких режимах запаривания, не идентифицируются ИК-спектроскопией и рентгенофазовым анализом. Определить их можно с помощью дифференциально-термического анализа. Однако сложность определения гидросиликатов магния термографически заключается в том что, экзоэффект при 820—825 °С совпадает с соответствующим экзоэффектом гидросиликатов кальция.
Таким образом, магнезиальные глины обладают высокой реакционной способностью к гидроксиду кальция в условиях автоклавной обработки. В
процессе взаимодействия глины и извести образуются низкоосновные гидросиликаты кальция типа CSH(B) и глиноземистый тоберморит. В составе новообразований образуется также карбонат кальция. Возможно образование рентгеноаморфных гидросиликатов магния. Данный состав цементирующего соединения обеспечивает высокие прочностные показатели силикатных материалов на основе известково-сапонитового вяжущего.
Список литературы:
1. Алфимов С.И., Жуков Р.В., Володченко А.Н., Юрчук Д.В. Техногенное сырье для силикатных материалов гидратационного твердения // Современные наукоемкие технологии. — 2006. — № 2. — С. 59—60.
2. Володченко А.Н., Лесовик В.С., Алфимов С.И., Володченко А.А. Регулирование свойств ячеистых силикатных бетонов на основе песчано-глинистых пород // Известия вузов. Строительство. — 2007. — № 10. — С. 4—10.
3. Володченко А.Н. Взаимодействие мономинеральных глин с гидроксидом кальция в гидротермальных условиях // Сборник научных трудов SWorld по материалам международной научно-практической конференции. — 2012. — Т. 30. — № 3. — С. 35—37.
4. Володченко А.Н., Лесовик В.С. Автоклавные ячеистые бетоны на основе магнезиальных глин // Известия вузов. Строительство. — 2012. — № 5. — С. 14—21.
5. Володченко А.Н., Лесовик В.С. Реологические свойства газобетонной смеси на основе нетрадиционного сырья // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. — 2012. — № 3. — С. 45—48.
6. Володченко А.Н. Вяжущее на основе магнезиальных глин для автоклавных силикатных материалов // Сборник научных трудов SWorld по материалам международной научно-практической конференции. — 2012. — Т. 30. — № 3. — С. 38—41.
7. Володченко А.Н. Автоклавные силикатные материалы на основе отходов горнодобывающей промышленности // Сборник научных трудов 8ШогШ по материалам международной научно-практической конференции. — 2012. — Т. 47. — № 4. — С. 29—32.
8. Володченко А.Н. Влияние песчано-глинистых пород на оптимизацию микроструктуры автоклавных силикатных материалов // Сборник научных трудов 8ШогШ по материалам международной научно-практической конференции. — 2012. — Т. 47. — № 4. — С. 32—36.
9. 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.
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. Перспективность использования металло-композитов на предприятиях энергетического профиля // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. — 2004. — № 8. — С. 26—28.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
15. 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.
16. Ключникова Н.В., Лымарь Е.А., Юрьев А.М. Проблемы совместимости керамической матрицы и металлического наполнителя при изготовлении композитов строительного назначения // Строительные материалы. — 2005. — № 11. — С. 54—56.
17. Ключникова Н.В. Взаимодействие между компонентами при изготовлении металлокомпозитов // Фундаментальные исследования. — 2007. — № 12-1.
— С. 95—97.
18. Ключникова Н.В., Лымарь Е.А. Получение металлокомпозиционных материалов // Стекло и керамика. — 2006. — № 2. — С. 33—34.
19. Ключникова Н.В. Керамометаллические композиционные материалы с высоким содержанием алюминия // Современные проблемы науки и образования. — 2011. — № 6. — С. 107—107.
20. Ключникова Н.В. Изучение взаимодействия между компонентами при создании керамометаллических композиционных материалов // Сборник научных трудов Sworld по материалам международной научно-практической конференции. — 2011. — Т. 10. — № 4. — С. 5—8.
21. Ключникова Н.В. Принципы создания керамометаллического композита на основе глин и металлического алюминия // Естественные и технические науки. — 2012. — № 2(58). — С. 450—452.
22. Ключникова Н.В. Термомеханическое совмещение компонентов при создании керамометаллических композитов // Сборник научных трудов Sworld по материалам международной научно-практической конференции.
— 2012. — Т. 6. — № 2. — С. 65—69.
23. Ключникова Н.В. Влияние пористости на свойства керамометаллических композитов // Сборник научных трудов Sworld по материалам международной научно-практической конференции. — 2012. — Т. 6. — № 3. — С. 41—45.
24. Ключникова Н.В. Исследование физико-механических свойств керамометаллического композита // Сборник научных трудов Sworld по материалам международной научно-практической конференции. — 2013.
— Т. 7. — № 1. — С. 10—15.
25. Ключникова Н.В. Выбор компонентов как важное условие создания композитов с заданными свойствами // Сборник научных трудов Sworld по материалам международной научно-практической конференции. — 2013.
— Т. 43. — № 1. — С. 16-21.
26. Ключникова Н.В. Влияние металлического компонента на свойства керамометаллических композитов // Сборник научных трудов Sworld по материалам международной научно-практической конференции. — 2013.
— Т. 39. — № 2. — С. 54—60.
27. Ключникова Н.В. Рентгенофазовый анализ композиционных материалов на основе глин // Сборник научных трудов Sworld по материалам международной научно-практической конференции. — 2013. — Т. 7. — № 1. — С. 3—10.
28. 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.
29. Лесовик Р.В., Ковтун М.Н., Алфимова Н.И. Комплексное использование отходов алмазообогащения // Промышленное и гражданское строительство. — 2007. — № 8. — С. 30—31.
30. 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.
31. Klyuchnikova N.V., Lumar' E.A. Production of metal composite materials // Glass and Ceramics. — 2006. — ^ 63. — № 1—2. — C 68—69.
32. Klyuchnikova N.V. Interaction between components at metal composites production // European Journal of Natural History. — 2007. — № 6. — C 110—111.
