CC BY
29
отходами производства (отходы обогащения железистых кварцитов (хвосты) ЛГОКа и пыль электрофильтров ОЭМК) с кремнийорганическими добавками (тетраэтоксисилан и «Ирганокс»). Данные составы обладают фунгицидными свойствами, высоким коэффициентом грибостойкости и повышенной прочностью при сжатии и растяжении. Кроме того, они имеют высокий коэффициент стойкости в растворах уксусной кислоты и пероксида водорода.
Экономическая эффективность разработанных составов полимеркомпозитов по сравнению с традиционными полимербетонами определяется тем, что они наполнены отходами производства, что значительно снижает их себестоимость [1216]. Кроме того, изделия и конструкции на их основе позволят исключить плесневение и связанные с ним процессы коррозии. Расчетный экономический эффект от внедрения полиэфирного композита составил 134,1 руб. на 1 м3, а эпоксидного 86,2 руб. на 1 м3.
Работа выполнялась при поддержке гранта РФФИ №12-08-97534.
Литература
1. Механизм микодеструкции полиэфирного композита / Павленко В. И., Ястребинский Р. Н., Ястребинская А. В., Ветрова Ю. В. // Международный научно-исследовательский журнал, Research Journal of International Studies. 2013. № 10-2 (17). С. 68-69.
2. Ястребинская А. В. Коррозионностойкие полимеркомпозиты на основе эпоксидных и полиэфирных олигомеров для строительства / Ястребинская А. В., Павленко В. И., Ястребинский Р. Н. // Перспективы развития строительного комплекса. 2012. Т. 1. С. 243-247.
3. Ястребинская А.В. Разработка и применение композиционного материала на основе эпоксидиановой смолы для строительных конструкций и теплоэнергетики / Ястребинская А. В., Огрель Л. Ю. // Современные наукоемкие технологии. 2004. №
2. С. 173.
4. Полимербетонная смесь / Огрель Л. Ю., Павленко В. И., Карнаухова А. В., Кирияк И. И. // Патент на изобретение RUS 2225377 15.04.2002.
5. Полимерные радиационно-защитные композиты / Павленко В. И. монография // В. И. Павленко, Р. Н. Ястребинский. Белгород. 2009.
6. Термопластичные конструкционные композиционные материалы для радиационной защиты / Павленко В. И., Епифановский И. С., Ястребинский Р. Н., Куприева О. В. // Перспективные материалы. 2010. № 6. С. 22-28.
7. Нанонаполненные полимерные композиционные радиационно-защитные материалы авиационно-космического назначения / Едаменко О. Д., Ястребинский Р. Н., Соколенко И. В., Ястребинская А. В. // Современные проблемы науки и образования. 2012. №
6. С. 128.
8. Радиационно-защитный композиционный материал на основе полистирольной матрицы / Павленко В. И., Едаменко О. Д., Ястребинский Р. Н., Черкашина Н. И. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова.
2011. №3. С. 113-116.
9. Высокодисперсные органосвинецсилоксановые наполнители полимерных матриц / Павленко В. И., Ястребинская А. В., Павленко З. В., Ястребинский Р. Н. // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. 2010. № 2. С. 99-103.
10. Полимерные диэлектрические композиты с эффектом активной защиты / Павленко В. И., Ястребинский Р. Н., Едаменко О. Д., Ястребинская А. В. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2009. № 3. С. 62-66.
11. Thermoplastic constructional composite material for radiation protection / Pavlenko V. I., Yastrebinskii R. N., Kuprieva O. V., Epifanovskii I. S. // Inorganic Materials: Applied Research. 2011. Т. 2. № 2. С. 136-141.
12. Структурообразование металлоолигомерных водных дисперсий / Ястребинский Р. Н., Павленко В. И., Ястребинская А. В., Матюхин П. В. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2012. № 2. С. 121-123.
13. Механическая активация полимерных диэлектрических композиционных материалов в непрерывном режиме / Ястребинская А. В., Павленко В. И., Матюхин П. В., Воронов Д. В. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2009. № 3. С. 74-77.
14. Огрель Л.Ю. Модификация эпоксидного связующего полиметилсилоксаном для изготовления стеклопластиковых труб и газоотводящих стволов / Огрель Л. Ю., Ястребинская А. В., Горбунова И. Ю. // Строительные материалы. 2006. № 5. С. 57-59.
15. Огрель Л.Ю. Полимеризация эпоксидного связующего в присутствии добавки полиметилсилоксана / Огрель Л. Ю., Ястребинская А. В., Бондаренко Г. Н. / Строительные материалы. 2005. № 9. С. 82-87.
16. Огрель Л. Ю. Структурообразование и свойства легированных эпоксидных композитов / Огрель Л. Ю., Ястребинская А. В. // Строительные материалы. 2004. № 8. С. 48-49.
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 ofproduct. 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
37
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 - 0,20,55 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 (Sw = 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 °С (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.
38
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. 6869.
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.
Гончаров В.С.1, Васильев Е.В.2, Попов А.Н.3
'Кандидат технических наук, доцент, 2аспирант, 3студент, Тольяттинский государственный университет
39
