Комплексное известково-кремнеземистое вяжущее для увеличения сырцовой прочности силикатного кирпича Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 691.316

Г.В. КУЗНЕЦОВА, инженер (kuznetzova.gal@yandex.ru), Д.А. БАБУШКИНА, студентка, Г.Х. ГАЙНУТДИНОВА, студентка

Казанский государственный архитектурно-строительный университет (420043, г. Казань, ул. Зеленая, 1)

Комплексное известково-кремнеземистое вяжущее для увеличения сырцовой прочности силикатного кирпича

Рассмотрены различия в комплектации заводов силикатного кирпича, построенные в 70-х гг. на территории бывшего СССР. Современное расширение номенклатуры прессованных изделий требует повышения их сырцовой прочности. Достигнуть этого можно тремя способами: увеличением расхода извести, подшихтовкой песков и использованием композиционного известково-кремнеземистого вяжущего. Рассмотрены возможности оптимизации сырцовой прочности за счет корректировки составов известково-кремнеземистого вяжущего. Приводятся исследования частичной замены в оптимальном составе известково-кремнеземистого вяжущего И:П=1:1 песка на известняк и суглинок с содержанием глинистых 50%. Косвенным методом определено предельное напряжение сдвига известняка, суглинка и молотого песка отдельно и в составе вяжущего и их влияние на сырцовую и автоклавную прочность. Установлено, что увеличение сырцовой прочности на 43% происходит при замене 50% песка на суглинок, а замена 50% песка известняком увеличивает сырцовую прочность в 2,3 раза.

Ключевые слова: силикатный кирпич, известняк, суглинок, известково-кремнеземистое вяжущее, кирпич-сырец.

Для цитирования: Кузнецова Г.В., Бабушкина Д.А., Гайнутдинова Г.Х. Комплексное известково-кремнеземистое вяжущее для увеличения сырцовой прочности силикатного кирпича // Строительные материалы. 2017. № 8. С. 19-22.

G.V. KUZNETSOVA, Engineer (kuznetzova.gal@yandex.ru), D.A. BABUSHKINA, Student, G.Kh. GAYNUTDINOVA, Student Kazan State University of Architecture and Engineering (1, Zelenaya Street, 420043, Kazan, Russian Federation)

A Complex Lime-Siliceous Binder for Improving Raw Strength of Silicate Brick

Differences in the equipment of silicate brick factories built in 70s on the territory of the former USSR are considered. The present extension of the range of extruded products requires increasing their raw strength. There are three methods to reach this: increasing the lime consumption, additional charging of sands, and the use of a composite lime-siliceous binder. Possibilities to optimize the raw strength due to the correction of compositions of the lime-siliceous binder are considered. Research in the partial replacement of the sand for lime stone and loam with a clay content of 50% in the optimal composition of the lime-siliceous binder, I:P=1:1, is presented. The ultimate shear stress of lime stone, loam, and crushed sand has been determined separately and in the binder composition by the indirect method; their impact on raw and autoclaved strength has been also determined. It is established that the increase in the raw strength by 43% takes place when 50% of sand is replaced by loam, the replacement of 50% of sand with lime stone increase the raw strength by 2.3 times.

Keywords: silicate brick, lime stone, loam, lime-siliceous binder, adobe brick.

For citation: Kuznetsova G.V., Babushkina D.A., Gaynutdinova G.Kh. A complex lime-siliceous binder for improving raw strength of silicate brick. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 8, pp. 19-22. (In Russian).

Как известно, появление патента на способ производства силикатного кирпича в 1880 г. дало начало строительству заводов в России. В 1890 г. их мощность составила 17 млн шт. и достигшей в последующем 200 млн шт. в год. В 70-е гг. ХХ в. в СССР было построено 20 заводов силикатного кирпича, оснащенных оборудованием из Польской Народной Республики. Мощность заводов составляла 100 млн шт. кирпича, из них 13 заводов располагалось в РСФСР и оборудовано было гидравлическими прессами с челночным движением стола фирмы Атлас [1].

Поставляемые импортные заводы предусматривали только помольные отделения извести, как, например, на заводе в п. Кабаково Республики Башкортостан, для покупной извести 2-го -3-го сорта; в отдельных случаях строились шахтные печи (п. Чур, Республика Удмуртия).

За последнее десятилетие в РФ из-за сокращения строительства многоэтажных домов с несущими стенами, спрос на кирпич высоких марок и пустотелый кирпич существенно сократился. Развитие производства неармированных блоков из газобетона уменьшило спрос на полнотелый кирпич, а строительство коттеджей, каркасное домостроение резко увеличили спрос на облицовочный цветной и декоративный кирпич. Постепенно отечественное производство силикатных изделий расширяется за счет внедрения прессованных блоков среднего и крупного формата. Разработаны нормативные документы, такие как «Альбом технических решений на применение силикатных изделий по ГОСТ 379-2015» и СП 15.13330.

Изменение номенклатуры потребовало от производителей увеличения сырцовой прочности в 1,5-2 раза в зависимости от вида прессуемых изделий. Один из вариантов увеличения сырцовой прочности — это увеличение расхода извести, что неизменно ведет к удорожанию продукции. Вторым способом является шихтовка песков, а третьим - использование композиционного известково-кремнеземистого вяжущего.

Немецкие производители силикатного кирпича используют бездобавочную известь, речной песок и укрупняющие добавки (отходы промышленности или смесь песков разной крупности), но и при этом расход извести составляет 9—10%.

Российские заводы силикатных стеновых материалов используют в качестве сырья как пески, так и граве-листые пески и гравийно-песчаные смеси. При проектировании предприятия располагали вблизи с карьерами песка. В настоящее время разработка ведется одним или двумя экскаваторами без учета крупности [2].

Природный фракционированный песок стоит намного дороже, чем карьерный или намывной. За рубежом производителей стимулируют к использованию отходов производств путем предоставления налоговых льгот, но в РФ пока этого не наблюдается. Вопрос шихтовки песков остается открытым и решается исключительно энтузиазмом производителя.

Заводы, располагающие собственным производством извести в шахтных печах, всегда имеют отходы карбонатных пород. Как правило, это фракция 0—20 мм с содержанием глинистых примесей до 8%. Этот мелкий

j î . ®

научно-технический и производственный журнал

август 2017

19

80

60

40

20

0

Суглинок

Рис. 1.

добавок

пушоНКа Известняк Молотый пушонка песок

Материалы, входящие в состав известково-кремнеземистого вяжущего

Предельное напряжение сдвига материалов компонентов и известково-кремнеземистого вяжущего

Удельная поверхность продукта помола в пружинной мельнице при продолжительности помола, с

5 10 20 30 40

Известняк 2870 3150 3704 4479 5170

Кварцевый песок 230 470 870 1400 1690

0,35 0,3 ' 0,25 0,2 0,15 ; 0,1 0,05 0

Суглинок 5% Суглинок 10% Суглинок 15% Известняк 10% Известняк 20% Известняк 15% Известь 10%

12

известняк не может быть просто добавлен в песок, из-за ограничений по крупности включений не более 5—10 мм и сложности дробления при высокой влажности на роторных дробилках, так как это приводит к замазыванию агрегатов. Эти отходы успешно могут быть использованы как добавка в состав известково-кремнеземистого вяжущего. Суглинки являются отходами карьеров гра-велистых песков и также могут быть использованы как добавка в состав известково-кремнеземистого вяжущего для заводов с польским оборудованием, где наличествует только помольное отделение.

Объектами исследований выбраны добавки: кварцевый песок Мкр=1,6; суглинок с содержанием глинистых 50% и сырьевые смеси песка с негашеной известью, которые являются основой известково-кремнеземистых вяжущих. В качестве помольного агрегата был использован дисковый истиратель ИД-175, позволяющий регулировать тонкость измельчения.

Целью данного исследования являлась оценка влияния добавок при частичной замене кварцевого песка известково-кремнеземистого вяжущего в составе И:К=1:1. Эта работа направлена на возможность перехода от традиционных сырьевых составов известково-кремнеземистого вяжущего к композиционному вяжущему на основе дисперсно-зернового сырья [3] с целью увеличения сырцовой прочности силикатных изделий.

В работе были исследованы свойства материалов, входящих в известково-кремнеземистое вяжущее, составы полученных вяжущих и их влияние на сырцовую и автоклавную прочность. Формовочные смеси готовились из расчета 25% вяжущего и 75% песка.

Прочность сырца обусловлена действием капиллярных сил, механическим зацеплением зерен и молекулярным сцеплением. Действие сил распределяется следующим образом: 81—82% — капиллярных; 14—15% — механических; 3—4% — молекулярных. Пленки связанной воды не могут играть роль клея, так как основные свойства их обусловлены влиянием силовых полей частиц твердых тел. Это могут быть вещества типа коллоидных клеев, частицы которых размером менее 0,1 мкм способны создавать мостики, соединяющие различные твердые тела [4].

Установлено, что оптимальное соотношение вяжущего совместного помола для извести и песка составля-

Влияние материала минералогических составляющих известково-кремнеземистого вяжущего на размолоспособность

3 5 8 Влажность смеси, %

Рис. 2. Влияние влажности смеси и количества известняка и суглинка на сырцовую прочность прессованного образца

ет И:П=1:1. По данным исследований автоклавной прочности [5], песок может быть полностью заменен на суглинки в составе смеси. Глина при содержании 5—10 мас. % после гидротермальной обработки полностью вступает в реакцию [6]. Вещественный состав глинистых пород и наличие термодинамически неустойчивых соединений позволят получить эффективные строительные композиты [7]. Также установлено, что минеральные добавки, вводимые в состав вяжущего, оказывают влияние на свойства самого вяжущего и формовочной смеси [8]. Способность к размолу у известняка в три раза лучше, чем у песка. Известняк имеет сравнительно невысокую пустотность частиц и соответственно низкую сорбционную влагоемкость [9].

При прессовании, а именно при наличии внешнего давления зерна песка частично перемещаются относительно друг друга до тех пор, пока удельное давление на контактные площадки между ними не станет равным пределу прочности материала. С использованием косвенного метода и равноподвижных смесей, было определено предельное напряжение сдвига составляющих компонентов вяжущего. Статическое предельное напряжение сдвига характеризует переход системы из состояния покоя в состояние медленного перемещения одного слоя относительно другого (ползучесть) без заметного разрушения структуры. Результаты представлены на рис. 1.

На основании полученных результатов известь и суглинок характеризуются меньшей величиной предельного напряжения сдвига и требуют меньшей нагрузки при прессовании для начала перемещения. Известь и суглинок в составе смеси облегчают прессование смеси, обеспечивая скольжение слоев.

На намывном песке с содержанием глинистых 0,2% были приготовлены смеси с известью Аи=80% в количестве 10% по СаО и смеси с суглинком с содержанием 5, 10 и 15%, известняка 10, 15, 20% и влажностью смеси 2, 3, 5, 8, 10 и 12%. Спрессованы образцы-цилиндры с усилием прессования 20 МПа и определена сырцовая прочность. Результаты представлены на рис. 2.

Из полученных результатов видно, что известняки и суглинок участвуют в создании сырцовой прочности наравне с известью. Добавка суглинка сдвигает формовочную влажность в большую сторону, известняк — в меньшую.

Предварительно исследована размолоспособность известняка в сравнении с кварцевым песком. Результаты приведены в таблице.

Полученные результаты подтверждают способность к размолу у известняка в три раза лучшую, чем у песка. Суглинки, как правило влажные, при совместном помоле подсушиваются известью.

Из известково-кремнеземистого вяжущего удельной поверхностью 3000 см2/г заводского производства был выделен молотый песок (удельная поверхность 1000 см2/г), дисперсный состав показан на рис. 3.

научно-технический и производственный журнал Г1- Г £г

20 август 2017 ®

Рис. 3. Дисперсный состав молотого песка известково-кремнеземи-стого вяжущего с удельной поверхностью 1000 см2/г

Рис. 4. Дисперсный состав молотого известняка

Ig

40

35-30-25 20

I

Предельное напряжение сдвига т0, Па

I I

I I

I

50+50 И+П

40+40+20 40+30+30 50+30+20 50+20+30 50+20+30 I И+П+известняк|и+П+известняк | И+П+известняк| И+П+известняк| И+П+суглинок

Составы известково-кремнеземистого вяжущего

Рис. 6. Предельное напряжение сдвига композиционных известково-кремнеземистых вяжущих

350300250200150 -10050 0

ИКВ состава И:П=1:1 ИКВ с добавкой суглинка I ИКВ с добавкой известняка

0

10 15 20 25

30

Количество добавки в составе вяжущего, % 7. Влияние состава композиционного известково-кремнеземи-

Рис.

стого вяжущего на сырцовую прочность

40 -

Рис. 5. Известково-кремнеземистое вяжущее состава И:П=1:1(50:50)

Дисперсный состав представлен зернами: размером менее 5 мкм — 4,2%; размером более 5 мкм — 95,8%.

Дисперсный состав молотого известняка исследован на приборе Хориба (рис. 4), представлен зернами менее 5 мкм (16,6%) и зернами более 5 мкм (93,4%).

Исследование раствора вяжущего состава И:П=1:1 с увеличением х100 раз показывает (рис. 5), что молотый песок представлен отдельными блоками [10], и это явно будет затруднять движение слоев при прессовании.

Приготовлены составы композиционных известко-во-кремнеземистых вяжущих с добавкой известняка, суглинка и определено предельное напряжение сдвига. Результаты представлены на рис. 6.

Оптимальный состав вяжущего И:П=1:1, или состав 50% + 50% является жестким и требует большей нагрузки при прессовании для начала перемещения по сравнению с другими составами. Полученные результаты подтверждают, что композиционные составы вяжущего имеют лучшие свойства формуемости, так как имеют меньшее значение предельного напряжения сдвига.

На основе оптимального состава вяжущего И:П=1:1 путем частичной замены песка в количестве 10, 15, 20, 25 и 30% на суглинок и известняк приготовлены составы композиционных вяжущих, формовочных смесей на их основе и определены сырцовая и автоклавные прочности и проведено сравнение их изменений. Результаты представлены на рис. 7.

Как показали результаты, композиционные вяжущие позволяют увеличить сырцовую прочность. Замена 50% песка в составе известково-кремнеземистого вяжущего на суглинок с содержанием глинистых 50% увели-

35 -

30

25 -

20

ИКВ состава И:П=1:1 ИКВ с добавкой суглинка ИКВ с добавкой известняка

0

30

10 15 20 25

Количество добавки в составе вяжущего, %

Рис. 8. Влияние состава композиционного известково-кремнеземи-стого вяжущего на автоклавную прочность

чивает сырцовую прочность на 43%, а замена на известняк — в 2,3 раза. Результаты по испытаниям автоклавной прочности представлены на рис. 8.

Известняки дают снижение автоклавной прочности, но обеспечивают марку 150—200. Пересчет количества глинистых на всю смесь показал, что добавка суглинка 25% в вяжущее равнозначна 3,6% содержания глинистых в песке. Глинистые в составе вяжущего равномерно распределяются по всему объему и участвуют в сырцовой прочности. Глинистые, приходящие с песком, при смешивании с негашеной известью имеют свойство скручиваться в комки и требуют дополнительной обработки смеси, например в стержневых смесителях. Проблемы использования гравелистых глинистых темных песков в производстве цветного кирпича в данном случае не рассматриваются.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие вывод: предложенные составы композиционных известково-кремнеземистых вяжущих с использованием собственных отходов повышают сырцовую прочность. Композиционные составы вяжущего с использованием суглинков могут быть использованы на заводах, построенных по польскому проекту, и для производства пустотелых и большеформатных изделий.

научно-технический и производственный журнал

август 2017 21

Список литературы

1. Хвостёнков С.И. Развитие производства силикатного кирпича в России // Строительные материалы. 2007. № 10. С. 4-10.

2. Кузнецова Г.В., Морозова Н.Н. Влияние корректирующей добавки на свойства известково-кремнезе-мистого вяжущего // Строительные материалы. 2013. № 12. С. 12-14.

3. Шмитько Е.И., Верлина Н.А. Процессы пресс-формования и их влияние на качество кирпича-сырца // Строительные материалы. 2015. № 10. С. 5-8.

4. Хавкин Л.М. Технология силикатного кирпича. М.: Эколит, 2011. 384 с.

5. Вахнин М.П., Анищенко А.А. Производство силикатного кирпича. М.: Высшая школа, 1983. 191 с.

6. Володченко А.Н. Влияние глинистых минералов на свойства автоклавных силикатных материалов // Инновации в науке: Материалы XXI международной заочной научно-практической конференции. Новосибирск: СибАК, 2013. С. 23-28.

7. Володченко А.Н. Использование нетрадиционного глинистого сырья для получения силикатных материалов по энергосберегающей технологии // Успехи современного естествознания. 2015. № 1. Ч. 4. С. 644-647.

8. Кузнецова Г.В., Морозова Н.Н. Влияние компонентов известково-кремнеземистого вяжущего на связность известковой массы для прессования // Строительные материалы. 2012. № 12. С. 69-72.

9. Хохряков О.В., Бахтин М.А. О зависимости водопо-требности портландцемента и наполнителей от их удельной поверхности и содержания суперпластификатора // Материалы за 7-а международна научна практична конференция «Динамика и съвременната наука». Т. 9. Республика България. 2011. С. 56-60.

10. Тихомирова И.Н., Макаров А.В. Механоактивация известково-кварцевых вяжущих // Строительные материалы. 2012. № 9. С. 4-7.

References

1. Khvostenkov S.I. Development of production of a silicate brick in Russia. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2007. No. 10, pp. 4-10. (In Russian).

2. Kuznetsova G.V., Morozova N.N. Influence of a Corrective Additive on Properties of a Lime-Siliceous Binder. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 12, pp. 12-14. (In Russian).

3. Shmit'ko E.I., Verlina N.A Press-Molding Processes and Their Influence on Adobe Brick Quality. Stroitel 'nye Materialy [Construction Materials]. 2015. No. 10, pp. 5-8. (In Russian).

4. Khavkin L.M. Tekhnologiya silikatnogo kirpicha [Technology of a silicate brick]. Moscow: Ekolit. 2011. 384 p.

5. Vakhnin M.P., Anishchenko A.A. Proizvodstvo silikatnogo kirpicha [Production of a silicate brick]. Moscow: Vysshaya shkola. 1983. 191 p.

6. Volodchenko A.N. Influence of clay minerals on properties of autoclave silicate materials. Innovations in science: Papers XXI of the international correspondence scientific and practical conference. Novosibirsk: SibAK. 2013, pp. 23-28. (In Russian).

7. Volodchenko A.N. Use of nonconventional clay raw materials for receiving silicate materials on energy saving technology. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya. 2015. No. 1. Vol. 4, pp. 644-647. (In Russian).

8. Kuznetsova G.V., Morozova N.N. Influence of Components of a Lime-Siliceous Binder on Cohesion of Molding Material for Pressing. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2012. No. 12, pp. 69-72. (In Russian).

9. Khokhryakov O.V., Bakhtin M.A. About dependence of water requirement of the portlandtsement and excipients on their specific surface area and content of supersoften-er. Материалы за 7-а международна научна практична конференция «Динамика и съвременната наука». Vol. 9. Respublika B"lgariya, 2011, pp. 56-60.

10. Tikhomirova I.N., Makarov A.V. Mechanical Activation of Lime-Quartz Binders. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2012. No. 9, pp. 4-7. (In Russian).

4 ibrt-l Idunh,

I □ll'iutLl V Hu. A. 4L PiOVU"

ЮМС0СТ9ЙПЕ ЩЕРИМЫ

PeuoHTHD-механически и завод НИИ AF> Д- с ■ F PB И П. npn lin г Irt Ди 1 ■

- Си Пи, " u™ Tilat, u^fartM d lJ41 u|i<iii ' M ji-.HiC H.- . »

- 1 ч1'r к рудтспуснюй

nö ч^гн.йр&Ж н с'лцы ЬечйнййММнТгтсл;

Jll-tM' MtÉÏWfli ito.: V ■ HUOCUft'll 14 ЛIV

■ рзiu tMriqnf л jfcroM*п* j'Sp-.- hi j »о' ч^госл ■ii:jK'rC4 il ЙрЫЛЬЧВТНИ -1Г Ь^-З^ОП

ill. 1геф> ГЧЙ ИКИ Ш<: 3L ЭЫХ И с ftp UrtÉh Ь f. ЧСЛЬИНЦ

- -рубз! ¿ut -.'I:- m*rniiùi|njiH;iBpr.

■ ПП.1ГТМ UlГШМ" 1Ы* tïbbifrHM pCLLTT4J.ri!r n^HT'L-

пшшшш

РиЫ WI ки-мех ilнКИИ J.iк йД

«ИИ^АРД-серриср ■ JTQ-

■ ■■■■■ ',-|:мн| гр+,1 .1 ■ у 'гу. м- . илг : .1."-у||" гЧ".

и II Z''Qr< пи'-- ОГ: - С пром irrjjH гпг .и.' ■

iiipùHi" чи ч ini Ц1НМПН; -I ' ' ¡-f^|4Han- гз ç h 'KEIM: ■V|:.i1 h nii ttbyjL. i угныь и

y»riiliРГН'Т-ГСИ y-JCTlW t rjCKOf r.JOrir nDrtrili.V I' Фе^'Г* f'DTiVH.

t«Wipt|lb-h4Ut J - лЧ №ПСМиш#1-*гО*Л«:*ОеТ(нНК[К1-Н*Н»

*7llbll777-42M_ "7 I Jill 325 0134

1 ma .:

г Lh л.* i,l -va I a fc1- m a i г»

Реклама

22

научно-технический и производственный журнал

август 2017