CC BY
18наука
тематический раздел журнала «Строительные Материалы»
УДК 691.316
В.В. СТРОКОВА, д-р техн. наук, Н.И. АЛФИМОВА, канд. техн. наук, В.С. ЧЕРКАСОВ, Н.Н. ШАПОВАЛОВ, инженеры,
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
Прессованные силикатные материалы автоклавного твердения с использованием отходов производства керамзита
В последние годы в России происходит динамичное развитие малоэтажного и каркасно-монолитного строительства, в связи с чем испытывается потребность в мелкоштучных стеновых материалах, среди которых в настоящее время одну из лидирующих позиций занимает силикатный кирпич [1].
При этом рынок силикатных изделий очень насыщен и имеет достаточно высокий уровень конкуренции, подталкивающей предприятия отрасли к постоянному повышению качества выпускаемых и освоению производства новых видов продукции. Это требует от производителей перехода на новые технологии и внедрение различных решений, способствующих повышению качества выпускаемой продукции.
Большое значение при производстве автоклавных материалов имеет удельная поверхность компонентов сырьевой смеси, увеличение которой способствует повышению формуемости и прочности сырца, интенсификации автоклавной обработки и ускорению образования гидросиликатов кальция. Однако дополнительный помол компонентов известково-кремнеземистой смеси ведет к росту энергетических затрат и отрицательно сказывается на себестоимости изделия. Одним из способов решения этой проблемы является частичная замена песка высокодисперсным компонентом, например таким, как отход производства керамзитового гравия.
Ранее проведенные исследования качественных характеристик керамзитовой пыли показали возможность ее использования в качестве сырья для производства строительных материалов, в том числе мелкоштучных прессованных изделий автоклавного твердения [2].
Для изучения влияния отходов производства керамзита на передел прочности при сжатии силикатных материалов и разработку рецептурно-технологических параметров их производства был запланирован эксперимент, где в качестве факторов варьирования были выбраны: длительность изотермической выдержки, давление при автоклавировании, содержание керамзитовой пыли (% общей массы песка как заполнителя) и СаОакт (таблица).
В качестве контрольных выступали образцы, изготовленные по традиционной рецептуре (с содержанием 8 мас. % СаОакт) и технологии (давление автоклавирова-ния 10 атм, длительность изотермической выдержки 6 ч), которые показали прочность при сжатии 16 МПа.
После статистической компьютерной обработки экспериментальных данных с помощью уравнения регрессии (1) были построены номограммы, которые позволили провести анализ влияния варьируемых факторов на контролируемый параметр:
Ясж = 16,05+5,1Хх -0,0-0,14*3 +1,43*4 + + 1Д2*,2 -1,93*32 +4,45*4 +2,05*!*2 +
+0,13*!*3 -0,07*!*4 -1,88*2*з -0,41*2*4 +0,30*з*4. (1)
Согласно полученным результатам замена части песка на отходы производства керамзита способствует улучшению прочностных характеристик силикатных материалов. Максимальные значения выходного параметра достигаются при содержании СаОакт — 8 мас. % и керамзитовой пыли — 25%, которые обеспечивают максимальное количество новообразований. При этом оптимальными условиями твердения являются длительность изотермической выдержки 4—5 ч и давление авто-
Рис. 1. Кривые ДТГ: 1 - контрольный образец; 2 - образец с 25% керамзитовой пыли
Факторы Уровни варьирования Интервал варьирования
Натуральный вид Код. вид -1 0 + 1
Содержание керамзитовой пыли, % массы песка Xi 5 15 25 10
Длительность изотермической выдержки, ч Х2 2 4 6 3
Давление автоклавирования, атм Хз 6 8 10 2
Содержание СаОакт, мас. % Х4 4 6 8 2
Примечание. Введение более 25% керамзитовой пыли приводит к увеличению плотности образцов и уменьшению водопоглощения до значений ниже регламентированных ГОСТ 379-95 «Силикатный кирпич».
14
научно-технический и производственный журнал
март 2012
jVJ ®
тематический раздел журнала «Строительные Материалы»
наука
Рис. 2. Микроструктура новообразований силикатных образцов: а СаОакт 8% ^из = 6 ч, Р = 10 атм); Ясж = 16,22 МПа; б - образец СаОакт 8%, массы песка ^из = 6 ч, Р = 6 атм); Ясж = 27,74 МПа
клавирования 6—8 атм. Дальнейшее увеличение параметров тепловой обработки нерационально, так как ведет к сбросу прочности и увеличению энергозатрат.
С целью изучения влияния исследуемого сырья на структурообразование и, как следствие, физико-механические характеристики изделий были проанализированы результаты термического анализа (рис. 1) и микроструктуры контрольного образца (рис. 2, а) и образца с содержанием керамзитовой пыли 25% (рис. 2, б). Необходимо отметить, что во втором случае давление при автоклавировании было снижено с 10 до 6 атм.
Результаты термического анализа показали, что цементирующее соединение во всех образцах представлено низкоосновными гидросиликатами кальция CSH(B). При этом на кривой ДТГ в обоих случаях присутствует пик при температуре 440—460оС, соответствующий дегидратации гидроксида кальция. Однако в образце
с 25% керамзитовой пыли площадь пика меньше (рис. 1, кривая 2), что объясняется более полным связыванием извести за счет большей активности керамзитовой пыли в сравнении с кварцевым песком.
В контрольных известково-песчаных образцах наблюдаются сростки кристаллов пластинчатой формы, которые можно отнести к тобермориту (рис. 2, а). В то время как при замене песка на 25% керамзитовой пыли наблюдаются более мелкие новообразования с большей поверхностью соприкосновения, имеющие форму лепестков, которые можно отнести к низкоосновным гидросиликатам кальция типа CSH(B) (рис. 2, б), обеспечивающим более высокие прочностные показатели силикатных материалов.
Производство силикатных материалов включает в себя операции, в ходе которых сырец подвергается механическим воздействиям. Это зачастую приводит к повреждению углов изделия или даже к полному его разрушению. В связи с этим одним из важнейших показателей в технологии является прочность сырца. Для известково-песчаного силикатного кирпича данный показатель обычно находится в пределах 0,4—0,5 МПа, однако этого бывает недостаточно, чтобы полностью исключить брак при формовании и транспортировке изделий.
Проведенными исследованиями установлена возможность повышения прочности сырца за счет частичной замены песка на керамзитовую пыль. Так, для контрольных образцов при содержании СаОакт 4; 6; 8 и 10% данный показатель составил 0,29; 0,42; 0,53 и 0,73 МПа соответственно (рис. 3).
Это дает основание сделать вывод, что использование отходов производства керамзита в производстве силикатных материалов улучшает формуемость сырьевой смеси, снизить брак и облегчает выпуск высокопустотных изделий.
Таким образом, суммарная эффективность от использования керамзитовой пыли при производстве мелкоштучных силикатных материалов автоклавного твердения будет складываться из возможности утилизации техногенного сырья и экономии материальных и энергетических ресурсов при улучшении физико-механических характеристик конечных изделий.
Ключевые слова: отходы производства керамзита, автоклавная обработка, силикатные материалы.
- контрольный образец керамзитовая пыль 25%
Список литературы
0
25
5 15
□ 4% - СаО □ 6% - СаО □ 8% - СаО
Содержание керамзитовой пыли, % песка
Рис. 3. Зависимость сырцовой прочности силикатных материалов от рецептурных параметров
1. Семенов А.А. Анализ состояния российского рынка силикатного кирпича // Строительные материалы. 2010. № 9. С. 4-5.
2. Алфимова Н.И., Черкасов В.С. Перспективы использования отходов производства керамзита в строительном материаловедении // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2010. № 3. С. 21-24.
Г; научно-технический и производственный журнал
март 2012 15
