CC BY
19УДК 691. 175.746
В.И. ЛОГАНИНА1, д-р техн. наук, С.Н. КИСЛИЦЫНА1, канд. техн. наук; И.В. ЖЕРНОВСКИЙ2, канд. геол.-мин. наук; М.А. САДОВНИКОВА1, инженер
1 Пензенский государственный университет архитектуры и строительства (440028, г. Пенза, ул. Германа Титова, 28)
2 Белгородский государствнный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46)
Структура и свойства синтезированных алюмосиликатов*
Предложена в качестве структурирующей добавки в известковых сухих строительных смесей добавка на основе синтезированных алюмосиликатов, полученных из жидкого стекла в присутствии сульфата алюминия. Определено оптимальное соотношение компонентов, рН смеси, плотность и модуль жидкого стекла. Установлен фазовый и минералогический состав добавки. Приведены сведения о закономерностях структурообразования известковых композиций с добавками синтезированных алюмосиликатов. Показано, что введение добавок алюмосиликатов способствует ускорению набора прочности. Выявлена высокая активность алюмосиликатов, составляющая более 350 мг/г. Установлено увеличение количества химически связанной извести в известковых композитах в присутствии синтезированных алюмосиликатов, повышение прочности при сжатии известковых на 27,93-52,72%.
Ключевые слова: известковые сухие строительные смеси, синтез алюмосиликатов, структурообразование, прочность.
V.I. LOGANINA1, Doctor of Sciences (Engineering), S.N. KISLITSYNA1, Candidate of Sciences (Engineering); I.V. ZHERNOVSKY2, Candidate of Sciences (Geology and Mineralogy); M.A. SADOVNIKOVA1, Engineer
1 Penza State University of Architecture and Civil Engineering (28, Germana Titova Street, 440028, Penza, Russian Federation)
2 Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov (46, Kostyukova Street, 308012, Belgorod, Russian Federation)
Structure and properties of synthesised alumosilicates1
An additive in dry lime building mixes on the basis of synthetic aluminosilicates synthesized from liquid glass in the presence of aluminium sulphate is proposed as a structuring additive. Optimum ratio of the components, pH of mix, density and module of liquid glass are determined. Phase and mineralogical compositions of the additive are established. Information on regularities of the structure formation of lime compositions with additives of synthesised alumosilicates is presented. It is shown that supplementation of aluminosilicates contributes to accelerated strengthening. High activity of aluminosilicates, more than 350 mg/g, is revealed. The increase in the quantity of chemically combined lime in lime compositions in the presence of synthesized aluminosilicates, increase in durability of lime compositions under compression by 27,93-52,72% are established.
Keywords: dry lime building mixes, synthesis of alumosiicates, structure formation, durability.
Проведенные ранее исследования подтвердили эффективность применения в известковых сухих строительных смесях синтезированных гидросиликатов кальция [1—2]. В целях расширения номенклатуры наполнителей для создания известковых композиционных вяжущих проведены исследования по разработке технологии синтеза алюмосиликатных наполнителей [3].
Синтез алюмосиликатов заключался в их осаждении из раствора сульфата алюминия Al2(SO4)3 добавлением силиката натрия с последующим промыванием водой осадка. При разработке технологии синтеза алюмосили-катной добавки исследовалось влияние модуля жидкого стекла, рН раствора сульфата алюминия Al2(SO4)3, рН фильтрата. Синтез осуществлялся в кислой среде.
Установлено, что при рН раствора сульфата алюминия Al2(SO4)3 >5, осадка не образуется (табл. 1). Минимальный выход синтезированного продукта составляет 33,12% и наблюдается при рН=3, а максимальный выход (45,87%) — при рН = 1,5. Увеличение модуля жидкого стекла с 2,69 до 2,88 приводит к увеличению выхода готовой продукции с 44,76 до 45,87%.
Синтезированные цеолиты характеризуются высокой активностью, составляющей более 350 мг/г [4]. Удельная поверхность порошка, определенная методом БЭТ, Sw = 86,5 ± 3,5 м2/г.
Химический и фазовый состав синтезируемого продукта определялся на рентгеновской станции ARL 9900 X-ray Workstation (Thermo Scientific) на базе Центра высоких технологий БГТУ им. В.Г. Шухова. Химический состав представлен в табл. 2.
Рентгеновские дифракционные спектры получены с использованием XCoKa1 2 излучения, интервал углов дифракции 20=12-80°, шаг сканирования 0,02°.
Выявлено, что рентгенограмма синтезируемого порошка характеризуется наличием селективных дифракционных отражений и выраженного структурированного фона (диффузного гало). На основе рентгенометрической диагностики, выполненной при помощи базы PDF 2 Интернационального центра дифракционных данных (ICDD) с использованием программы SearchMatch v.2, установлено, что кри-
Таблица 1
рН раствора сульфата алюминия Al2(SO4)3 Модуль жидкого стекла рН фильтрата Активность наполнителя, мг/г Выход готового продукта, %
5 2,69 - - -
3 2,69 9 >350 41,9
1,5 2,69 9 >350 38,9
5 2,88 - - -
3 2,88 9 >350 34
1,5 2,88 9 >350 42,9
5 2,69 - - -
3 2,69 5 >350 40,48
1,5 2,69 5 >350 44,76
5 2,88 - - -
3 2,88 5 >350 33,12
1,5 2,88 5 >350 45,87
* Работа выполнялась при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках базовой части.
* This work was supported by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation within the base portion.
научно-технический и производственный журнал
апрель 2014
87
Результаты научных исследований
Таблица 2
Химический состав синтезированного материала (вес. %)
SiO2 Al2O3 Na2O SO3 TiO2 Fe2O3 MgO CaO K2O 2
55,45 21,24 13,91 8,91 0,023 0,038 0,11 0,15 0,03 99,861
сталлизованная часть синтезированного материала представлена тенардитом — ромбической модификацией сульфата натрия Na2SO4 (PDF 70—1541). Кроме того, слабое отражение на 20=21,29° было отнесено к гиббситу (PDF 70-2038) [5].
Для однозначной идентификации продуктов синтеза использовался полнопрофильный метод количественного рентгенофазового анализа с применением программы DDM ver. 1.95c, в которой наряду с ритвельдов-ским реализован алгоритм Derivative Difference Minimization [6]. Этот алгоритм основан на минимизации локальных производных разностной кривой экспериментального и рассчитанного дифракционного спектра и избавляет от аппроксимационного или численного описания фоновой составляющей рентгенограммы.
Структурные данные для модельных минеральных композиций были использованы из интернациональной базы структурных данных (ICSD).
На рис. 1 приведен результат количественного РФА в варианте расчета концентраций кристаллических фаз.
Концентрация аморфной фазы была определенна полнопрофильным РФА с внутренним эталонированием (рис. 2). В качестве эталона использовался анатаз в концентрации 30 вес. %.
Полученные результаты согласуются с данными химического анализа:
САморф. =Y,Ct~ (С№20 + CSO,) = 77>2 вес.
(1)
Отдельного рассмотрения требует вопрос о структурной природе полученной аморфной фазы алюмоси-ликатного состава. Согласно [6] характеристикой, определяющей структурный мотив кремнезема в аморфных фазах, может являться отношение Si/O, определяемое как степень связности кремнезема в силикатных кластерах стеклофазы:
fsi ~
V Ме20 + УМеО + ^ Ме2Ог + ^VMeQ¡ + 5Vjíe¡0¡
(2)
где V — молярная концентрация оксидов.
В данном случае \=0,5. Это свидетельствует о каркасной структуре кремнеземных кластеров в аморфном материале. На данном этапе исследований можно предположить, что аморфная фаза представляет собой агрегат наноразмерных кристобалитоподобных кристаллитов. В частности, применение а-кристобалита в качестве структуры-аппроксиманта [7] для описания дифракционного спектра от аморфной фазы показало хорошее согласование с концентрационными значениями, полученными методом внутреннего стандарта (рис. 3).
Для изучения закономерностей влияния синтезированных наполнителей на свойства известковых композитов изготовлялись образцы на извести 1-го сорта с активностью 84,4%. Содержание цеолита составляло 10% от массы извести. Готовились составы с водоиз-вестковым отношением В/И=1/1. Образцы твердели в воздушно-сухих условиях при температуре 18—20оС и относительной влажности воздуха 60—70%.
Установлено, что количество химически связанной извести в контрольных образцах в возрасте 28 сут воздушно-сухого твердения составляет 46,5%, а с применением синтезированных цеолитов 50,03—55,28%.
i ™ 4
jÜ it»
| h 1 l Тнчардиг ÍÍSS-ICSD; 97,9 Гн6««1Т (Н&КЯЦ Z.1 I i J t j 1 ■ fJ 4
; (1 1 'mi' i*ll i J.JUJ^i.^JIUUMUULUj
«i чч
Рис. 1. Расчет концентрации кристаллических фаз. Стрелкой обозначено отражение (002) гиббсита
1i I» Я i) <0 +7 Я (1 в Ti 44 Рис. 2. Результат полного количественного РФА материала.
Рис. 3. Результат аппроксимации аморфной фазы наноразмерным а-кристобалитом
Активность цеолитов оценивалась также по показателю прочности при сжатии известковых композиций в зависимости от режима их синтеза.
Анализ экспериментальных данных свидетельствует, что применение цеолитов, синтезированных при рН сульфата алюминия Л12^04)з, равном 1,5, приводит к повышению прочности при сжатии известковых образцов в возрасте 90 сут твердения на 27,93—52,72% по сравнению с образцами на основе контрольных составов (без цеолитов).
Результаты исследований свидетельствуют, что композиционное вяжущее, состоящее из извести-пушонки и синтезированных цеолитов в количестве 10% от массы извести, обладает большей водостойкостью по сравнению с известью-пушонкой. Так, коэффициент размягчения образцов, приготовленных на композиционном вяжущем, составляет Кразм=0,68—0,71, а на извести-пушонке — 0,31.
Проведенные исследования подтверждают перспективность применения синтетических цеолитов в известковых композитах.
научно-технический и производственный журнал Q'TFOWf1- J\ii'r\i>\*
апрель 2014 Ы ®
Список литературы
1. Логанина В.И., Макарова Л.В., Кислицына С.Н., Сергеева К.А. Повышение водостойкости покрытий на основе известковых отделочных составов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2012. № 1 (637). С. 41-47.
2. Логанина В.И., Макарова Л.В., Сергеева К.А. Свойства известковых композитов с силикатсодер-жащими наполнителями // Строительные материалы. 2012. № 3. С. 30-35.
3. Логанина В.И., Кислицына С.Н., Макарова Л.В., Садовникова М.А. Реологические свойства композиционного известкового вяжущего с применением синтетических цеолитов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2013. № 4. С. 37-42.
4. Волженский А.В., Стамбулко В.И., Ферронская А.В. Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие, бетоны и изделия. М.: Стройиздат, 1971. 324 с.
5. Пущаровский Д.Ю. Рентгенография минералов. М.: Геоинформмарк, 2000. 288 c.
6. Solovyov L.A. Full-profile refinement by derivative difference minimization. Journal of Applied Crystallography. 2004. No. 37. Pp.743-749.
7. Аппен А.А. Химия стекла. Л.: Химия, 1974. 352 с.
8. Жерновский И.В., Строкова В.В., Мирошников Е.В., Бухало А.Б., Кожухова Н.И., Уварова С.С. Некоторые возможности применения полнопрофильного РФА в задачах строительного материаловедения // Строительные материалы. 2010. № 3. С. 102-105.
ОПИН и Wienerberger изобрели кирпич
Девелоперская группа ОПИН (Москва) совместно с концерном Wienerberger разработали эксклюзивный сорт кирпича и назвали его RUBLEVO2, а также договорились о поставке в Россию рекордного объема -2,8 млн штук. Это один из самых крупных проектов в России за всю новейшую историю рынка недвижимости и первый проект, где используется кирпич из элитной коллекции «Design Line», имитирующей старинный кирпич XIX-XX в. (новый тренд в европейской архитектуре).
Кирпич для ЖК «Парк Рублево» производится из специально подобранной высококачественной тугоплавкой глины. Заново созданная и настроенная производственная площадка (завод расположен на Северо-Западе Германии в Нижней Саксонии) позволяют произвести необходимый объем в 2,8 млн кирпича всего за 4 месяца. Технология производства имеет вековые традиции, что позволяет получать интересные оттенки и высокое качество материалов. При создании кирпича используется ручная сортировка, чтобы добиться именно того оттенка, который нужен заказчику. При высокой температуре обжига получают минимальное водопогло-щение (не более 4%) и высокую прочность М950. Качество каждого кирпича при этом также проверяется вручную.
Начало работ по баварской кладке немецкого натурального кирпича в ЖК «Парк Рублево» начнется в мае 2014 г.
По материалам информационного агентства «INFOLine»
References
1. Loganina V.I., Makarova L.V., Kislicina S.N., Sergeeva K.A. Increase the water resistance of coatings based on lime finishing compositions. Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Stroitel'stvo. 2012. No. 1 (637), pp. 41-47. (In Russian).
2. Loganina V.I., Makarova L.V., Sergeeva K.A. Properties of composites with lime silicate-containing fillers. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2012. No. 3, pp. 30-35. (In Russian).
3. Loganina V.I., Kislicyna S.N., Makarova L.V., Sadovnikova M.A. Rheological properties of the calcareous cementitious composite with synthetic zeolite. Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Stroitel'stvo. 2013. No. 4, pp. 37-42. (In Russian).
4. Volzhenskii A.V., Stambulko V.I., Ferronskaya A.V. Gipsotsementno-putstsolanovye vyazhushchie, betony i izdeliya [Gypsum cement-pozzolanic binders and concrete products]. M.: Stroiizdat. 1971. 324 p.
5. Pushcharovskii D.Yu. Rentgenografiya mineralov [Roentgenography of minerals]. M.: Geoinformmark. 2000. 288 p.
6. Solovyov L.A. Full-profile refinement by derivative difference minimization. Journal of Applied Crystallography. 2004. No. 37, pp. 743-749.
7. Appen A.A. Himija stekla [Chemistry ofglass]. Leningrad: Khimiya, 1974. 352 p.
8. Zhernovskij I.V., Strokova V.V., Miroshnikov E.V., Buhalo A.B., Kozhuhova N.I., Uvarova S.S. Certain Possibilities to Use the Complete XPA in Tasks of Building Materials Science. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2010. No. 3, pp. 102-105. (In Russian).
_НОВОСТИ
Holcim и Lafarge объявили о слиянии
Швейцарская компания Но1ат, крупнейший в мире производитель цемента, и ее основной французский конкурент, Lafarge объявили о слиянии. В распространенном сообщении компании Но1ат, штаб-квартира которой расположена в швейцарском Санкт-Галлене, слияние будет произведено «на равных основаниях». Совокупный объем продаж новой компании предполагается на уровне 39 млрд франков (32 млрд евро) в год при чистой прибыли в 8 млрд франков (6,5 млрд евро) в год. При этом синергия от объединения оценивается в течение ближайших трех лет на уровне 1,4 млрд евро. Главой LafargeHolcim станет нынешний руководитель Lafarge Бруно Лафон, главой совета директоров - Вольфганг Райтцле из Но1ат. В совете директоров обе компании будут иметь равное представительство. Сделка требует одобрения со стороны антимонопольных ведомств, закрыть ее планируется в первом полугодии 2015 г. Ранее компании сообщили о том, что имеют «взаимодополняемые активы». У французского производителя цемента солидные позиции в Африке и на Ближнем Востоке, в то время, как у швейцарской компании - в Латинской Америке. Именно эти государства называют основными потребителями продукции нового цементного гиганта, число сотрудников которого должно составить 100 тыс. человек.
По материалам информационного агентства «INFOLine»
Ы ®
научно-технический и производственный журнал
апрель 2014
89
