CC BY
43
ПОВЫШЕНИЕ МОРОЗОСТОЙКОСТИ СИЛИКАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ НЕТРАДИЦИОННОГО СЫРЬЯ
Володченко Анатолий Николаевич
канд. техн. наук, профессор Белгородского государственного технологического
университета им В.Г. Шухова, г. Белгород E-mail: volodchenko@intbel. ru
INCREASE OF FROST RESISTANCE THE SILICATE MATERIALS BASED ON NON-TRADITIONAL RAW MATERIALS
Anatoly Volodchenko
candidate of Technical Sciences, professor of Belgorod State Technological
University named after V.G. Shukhov, Belgorod
АННОТАЦИЯ
Установлено, что на основе нетрадиционного сырья, представленного песчано-глинистыми породами, можно получать морозостойкие автоклавные силикатные материалы.
ABSTRACT
It is established that On the basis of the non-traditional raw materials submitted by sand-clay rocks it is possible to get frost-resistance of autoclaved silicate materials.
Ключевые слова: песчано-глинистые породы; известь, известково -песчано-глинистое вяжущее; автоклавные силикатные материалы; морозостойкость.
Keywords: sandy-clay rocks; lime, lime-sand binder; autoclave silicate materials; frost-resistance.
Для производства силикатного кирпича по традиционной технологии в качестве кремнеземистого компонента используется кварцевый песок. Однако запасы такого сырья ограничены. Существенно увеличить сырьевую базу автоклавных силикатных материалов можно за счет использования в качестве сырья песчано-глинистых пород, которые распространены на территории
Российской Федерации, а также попутно извлекаются в больших количествах в процессе добычи полезных ископаемых [1—4].
Глинистые отложения формируются при выветривании алюмосиликатных пород. Промышленность строительных материалов использует незначительную часть глинистых пород, удовлетворяющая действующей нормативно-технической документации. Они используются для производства цемента, керамических материалов, керамзита, а также на их основе можно получать металлокомпозиты [8—29].
Нетрадиционные для получения строительных материалов песчано-глинистые породы, характеризующиеся незавершенностью процессов минералообразования и составляющие значительную долю в составе глинистых отложений, не пригодны для производства указанных строительных материалов. Однако химический и минеральный состав позволяет использовать эти породы для производства автоклавных силикатных материалов. При этом оптимизируется микроструктура цементирующего соединения, что улучшает свойства силикатных материалов [5—7].
Важнейшим показателем, характеризующий долговечность силикатного кирпича, является его морозостойкость, которая преимущественно зависит от морозостойкости цементирующего вещества. Поэтому весьма важным является вопрос о влиянии песчано -глинистого сырья на морозостойкость автоклавных силикатных материалов, так как глинистые минералы способны оказать отрицательное влияние на этот показатель.
Целью работы является изучение морозостойкости автоклавных силикатных материалов, полученных с использованием песчано-глинистых пород.
В исследованиях были использованы два суглинка, которые относятся к отложениям четвертичного возраста. В суглинке № 1 содержится 40 мас. % свободного кварца и 61,38 мас. % пелитовой фракции. Суглинок № 2 содержит кварца и пелитовой фракции соответственно 62,8 и 41,31 мас. %.
Для приготовления сырьевой смеси использовали известково-песчано-глинистое вяжущее (ИПГВ), которое получали путем совместного измельчения породы с известью. Активность смеси составляла 8 мас. %. Образцы формовали при давлении прессования 20 МПа, запаривали по режиму 1,5—6—1,5 ч при давлении насыщенного пара 1 МПа.
Оптимальное содержание песчано -глинистых пород составляет 30 мас. %. (табл. 1). При этом предел прочности при сжатии для суглинка № 1 и № 2 достигает соответственно 31,8 и 39,1 МПа, что выше в сравнении с контрольными образцами в 1,6 и 1,9 раза. Для суглинка № 1 при содержании 5 мас. % наблюдается незначительное снижение прочности.
Таблица 1.
Свойства силикатных материалов в зависимости от содержания песчано -
глинистых пород
Свойства Содержание породы, мас. %
0 5 10 20 30 40 60
Суглинок № 1
Предел прочности при сжатии, МПа 20,0 18,7 20,6 31,9 31,8 29,7 26,9
Средняя плотность, кг/м3 1780 1830 1895 1975 1985 1935 1835
Водопоглощение, % 13,50 12,50 10,35 9,25 10,35 10,39 11,75
Суглинок № 2
Предел прочности при сжатии, МПа 20,0 22,5 26,8 32,3 39,1 36,7 28,4
Средняя плотность, кг/м3 1780 1850 1925 2005 2035 2035 1935
Водопоглощение, % 13,50 12,22 10,15 7,65 7,45 8,07 11,80
Максимальная средняя плотность также соответствует содержанию суглинка № 1 и № 2 в количестве 30 мас. % и составляет соответственно 1980 и 2035 кг/м . Водопоглощение снижается и достигает минимального значения при содержании пород 20—30 %.
Термографическим и рентгенофазовым анализами установлено, что в известково-песчаных образцах образуются гидросиликаты кальция CSH(B). В образцах на основе ИПГВ цементирующее соединение представлено
преимущественно гидросиликатами кальция, а также образуются гидрогранаты, которые синтезируются за счет глинистых минералов.
В образцах с 5 и 10 мас. % суглинка № 1 остался несвязанный гидроксид кальция из-за недостаточного количества глинистой составляющей, которая необходима для полного взаимодействия с известью [7]. Для суглинка № 2 этого не наблюдается, вероятно, из -за более низкого содержания пелитовой фракции и высокого содержания свободного кварца.
Положительное влияние изучаемых пород на прочность силикатных материалов связано с образованием более прочной структуры композита за счет повышения плотности упаковки материала и оптимизации микроструктуры цементирующего вещества. Это подтверждается тем, что образцам с максимальной прочностью соответствует наибольшая средняя плотность минимальное водопоглощение.
Испытанию на морозостойкость подвергались известково-песчаные (контрольные) образцы и с содержанием исследуемых пород 30 мас. %, автоклавированные при времени изотермической выдержки 3 и 6 ч (табл. 2).
Таблица 2.
Морозостойкость силикатных материалов
№ суглинка Состав, мас. % Изотермическая выдержка, час -^сж, (водо-насыщ.) МПа Изменение прочности после поперемен-ного замораживания и оттаивания, %
СаО акт порода 15 циклов 25 циклов 35 циклов 50 циклов
— 8 — 6 13,1 -17,5 -28,5 - -
1 8 30 6 27,1 -12,7 -9,2 - -12,2
1 8 30 3 25,4 -4,2 -4,7 -12,5 -14,1
2 8 30 6 23,3 -1,5 + 1,2 +9,1 + 17,6
2 8 30 3 22,9 +2,9 + 11,2 -5,2 -4,7
Контрольные образцы после 15 и 25 циклов замораживания и оттаивания потеряли соответственно 17,5 и 28,5 % начальной прочности. Использование ИПГВ существенно повысило морозостойкость. Все образцы на исследуемых
породах, автоклавированные при времени изотермической выдержки 3 и 6 ч, выдержали 50 циклов замораживания и оттаивания.
Для образцов на основе суглинка № 2 со временем изотермической выдержки 6 ч после 50 циклов замораживания и оттаивания наблюдается рост прочности на 17,6 %. Это указывает на гидравлические свойства полученного материала. Цементирующее соединение набирает прочность в воде быстрее, чем разрушается под действием попеременного замораживания и оттаивания.
Таким образом, за счет использования в качестве сырья песчано -глинистых пород можно повысить прочность и морозостойкость автоклавных силикатных материалов, что увеличит их долговечность.
Список литературы:
1. Алфимова Н.И. Повышение эффективности стеновых камней за счет использования техногенного сырья // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. — 2011. — № 2. — С. 56—59.
2. Алфимова Н.И., Шаповалов Н.Н. Материалы автоклавного твердения с использованием техногенного алюмосиликатного сырья // Фундаментальные исследования. — 2013. — № 6-3. — С. 525—529.
3. Володченко А.Н., Лесовик В.С. Повышение эффективности производства автоклавных материалов // Известия вузов. Строительство. — 2008. — № 9. — С. 10—16.
4. Володченко А.Н. Нетрадиционное сырье для автоклавных силикатных материалов // Технические науки - от теории к практике. — 2013. — № 20. — С. 82—88.
5. Володченко А.Н., Лесовик В.С. Силикатные автоклавные материалы с использованием нанодисперсного сырья / А.Н. Володченко, В.С. Лесовик // Строительные материалы. — 2008. — № 11. — С. 42—44.
6. 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.
7. Володченко А.Н. Влияние глинистых минералов на свойства автоклавных силикатных материалов // Инновации в науке. — 2013. — № 21. — С. 23— 28.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
15. 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.
16. Ключникова Н.В. Взаимодействие между компонентами при изготовлении металлокомпозитов // Фундаментальные исследования. — 2007. — № 12-1.
— С. 95—97.
17. Ключникова Н.В., Лымарь Е.А. Получение металлокомпозиционных материалов // Стекло и керамика. — 2006. — № 2. — С. 33—34.
18. Ключникова Н.В. Керамометаллические композиционные материалы с высоким содержанием алюминия // Современные проблемы науки и образования. — 2011. — № 6. — С. 107—107.
19. 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.
20. 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.
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. Влияние пористости на свойства керамометаллических композитов // Сборник научных трудов S world по материалам
международной научно -практической конференции. — 2012. — Т. 6. — № 3. — С. 41—45.
23. 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.
24. 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.
25. 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.
26. Klyuchnikova N.V., Lumar' E.A. Production of metal composite materials // Glass and Ceramics. — 2006. — Т. 63. — № 1—2. — С. 68-69.
27. Klyuchnikova N.V. Interaction between components at metal composites production // European Journal of Natural History. — 2007. — № 6. — С. 110—111.
28. Klyuchnikova N.V. Ceramic composites properties control using metal filler // International scientific and practical conference "Science and Society, London.
— 2013. — Vol. 1 — P. 110—114.
29. Klyuchnikova N.V. Modification of components used for making a metalceramic composite // The Recent Trends in Science and Technology Management, London. — 2013. — Vol. 1. — P. 194—200.
