CC BY
27
СВОЙСТВА БЕЗАВТОКЛАВНЫХ СТЕНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫХ ПОРОД
Володченко Александр Анатольевич
аспирант Белгородского государственного технологического
университета им В.Г. Шухова, г. Белгород Е-mail: [email protected]
PROPERTIES OF NON-AUTOCLAVE WALL MATERIALS ON THE BASIS
OF SANDY-CLAYEY ROCKS
Aleksandr Volodchenko
graduate of Belgorod State Technological University named after
V.G. Shukhov, Belgorod
АННОТАЦИЯ
Установлено, что на основе песчано-глинистых пород незавершенной стадии глинообразования можно получать безавтоклавные стеновые материалы с высокими физико-механическими показателями.
ABSTRACT
The author has proved that on the basis of sandy-clayey rocks of uncompleted clay formation stage non-autoclave wall materials with high physical and mechanical properties can be received.
Ключевые слова: песчано-глинистые породы; известь; известково-
песчано-глинистое вяжущее; пропарка; силикатные материалы.
Keywords: sand-clay rocks; lime; lime-sand binder; steaming; silicate materials.
В настоящее время в связи с реализацией национальной программы по жилищному строительству актуальной является задача увеличения производства и расширения области применения эффективных строительных материалов, изготавливаемых на основе промышленных отходов и местного сырья. Одним из самых распространенных стеновых материалов является силикатный кирпич, который по экономической эффективности превосходит глиняный кирпич.
Производство силикатных материалов базируется преимущественно на традиционной технологии, в которой главным сырьевым компонентом является кварцевый песок, запасы которого ограничены. Анализ данных по исследованию сырьевой базы автоклавных материалов позволил теоретически обосновать и экспериментально подтвердить возможность управления синтезом новообразований для получения композитов с заданными свойствами путем введения в сырьевую массу песчано-глинистых пород незавершенной стадии глинообразования [1—11, 22, 23].
Г линистые отложения являются продуктами одной из заключительных фаз выветривания алюмосиликатных пород. Из всех разновидностей глинистых пород промышленность использует лишь незначительную часть, которые удовлетворяют действующим нормативно-техническим документам. Эти глины используются для производства керамических материалов, цемента, а также их можно использовать для получения металлокомпозитов [12—21].
Целью исследования является изучение физико-механических свойств безавтоклавных силикатных материалов, полученных на основе песчаноглинистых пород незавершенной стадии глинообразования.
В работе использовали песчано-глинистые породы региона КМА. Изучаемые породы классифицированы как супесь и суглинки. Количество глинистых фракций менее 0,005 мм для суглинков колеблется в пределах 31,5—41,7 мас. %. Для супеси этот показатель составляет 16,93 мас. %. По размеру преобладают алевритовые и пелитовые частички. Исходя из данных термографического и рентгенофазового анализов пелитовая фракция представлена кварцем, монтмориллонитом, гидрослюдой, каолинитом и смешаннослойными образованиями типа гидрослюда-монтмориллонит.
Образцы готовили методом литьевого способа формования и полусухого прессования. Формовочная влажность смеси литьевого способа формования, в зависимости от содержания извести, составила от 40 до 55 %, полусухого прессования — 10—12 %. Прессование проводили при давлении 20 МПа. Образцы пропаривали при 90-95 °С по режиму 1,5+9+1,5 ч.
Физико-механические свойства силикатных материалов на основе исследуемого сырья приведены в табл. 1.
Таблица 1.
Физико-механические свойства силикатных материалов
Физико-механические характеристики Содержание извести, % от массы сухой смеси
5 10 15 20 25
Образцы на основе супеси
литьевого способа формования
Предел прочности при сжатии, МПа 2,23 2,73 2,79 2,50 2,23
Средняя плотность, кг/м3 1510 1440 1390 1350 1285
полусухого прессования
Предел прочности при сжатии, МПа 11,50 14,06 11,82 9,59 8,80
Средняя плотность, кг/м3 1685 1670 1665 1589 1555
Образцы на основе суглинка № 1
литьевого способа формования
Предел прочности при сжатии, МПа 2,85 3,40 3,53 3,59 3,95
Средняя плотность, кг/м3 1565 1460 1475 1400 1377
полусухого прессования
Предел прочности при сжатии, МПа 9,13 14,38 15,35 16,52 14,19
Средняя плотность, кг/м3 1715 1655 1660 1600 1556
Образцы на основе суглинка № 2
литьевого способа формования
Предел прочности при сжатии, МПа 1,81 2,84 4,10 3,06 3,39
Средняя плотность, кг/м3 1415 1397 1346 1286 1260
полусухого прессования
Предел прочности при сжатии, МПа 7,39 13,79 13,02 11,08 11,27
Средняя плотность, кг/м3 1540 1534 1505 1431 1455
Образцы литьевого способа формования на основе супеси набирают прочность 2,73—2,79 МПа при содержании извести 10—15 мас. %. Образцы всех составов имеют высокую водостойкость (коэффициент размягчения Краз=0,81—1,0). Прочность образцов на основе суглинка № 1 повышается с 2,85 до 3,95 МПа. Самой высокой водостойкостью обладают образцы с содержанием 15 мас. % извести (Краз=0,79). Максимальную прочность (4,1 МПа) и водостойкость (Краз=0,98) обеспечивает 15 мас. % извести и на основе суглинка № 2.
Средняя плотность для всех исследуемых глинистых пород уменьшается с повышением содержания извести (см. табл. 1).
Прочность образцов полусухого способа прессования существенно выше, чем литьевого. Для супеси максимальная прочность 14,06 МПа соответствует содержанию извести 10 мас. %. Увеличение содержание извести до 25 мас. % снижает прочность до 8,80 МПа. Максимальную водостойкость имеют образцы с 10 и 15 мас. % извести (Краз=0,76—0,77).
Для суглинка № 1 наиболее резкое увеличение прочности с 9,13 до 14,38 МПа происходит с изменением содержания извести с 5 до 10 мас. %. Образцы имеют высокую водостойкость.
Для суглинка № 2 самая высокая прочность 13,79 МПа достигается при содержании извести 10 мас. %. По численному значению коэффициента размягчения (0,7—0,88) образцы с 10—25 мас. % извести являются водостойкими.
Сравнение изменения прочности для разных глинистых пород показывает, что максимальной прочности образцы достигают при содержании извести 1015 мас. %. Изучаемые глинистые породы отличаются между собой по составу. Однако для этих пород оптимальное содержание извести для получения максимальной прочности одинаково — 10—15 мас. %. Это имеет практическое значение, так как при колебаниях вещественного состава сырья, которое неизбежно в процессе реального производства, можно получать строительные материалы с заданными физико-механическими свойствами.
Было установлено, что изучаемые породы в условиях пропарки при температуре 90—95°C активно взаимодействуют с известью. По данным ДТА и рентгенофазового анализов новообразования представлены преимущественно гидросиликатами кальция и гидрогранатами.
Таким образом, на основе песчано-глинистых пород незавершенной стадии глинообразования можно получать безавтоклавные стеновые материалы с высокими физико-механическими показателями. Изучаемое сырье за счет содержащихся в них метастабильных глинистых минералов и
тонкодисперсного кварца активно взаимодействует с известью в условиях тепловлажностной обработки с образованием слабоокристаллизованных низкоосновных гидросиликатов кальция и гидрогранатов, что приводит к возникновению прочной микроструктуры получаемого материала.
Список литературы:
1. Алфимов С.И., Жуков Р.В., Володченко А.Н., Юрчук Д.В. Техногенное сырье для силикатных материалов гидратационного твердения // Современные наукоемкие технологии. — 2006. — № 2. — С. 59—60.
2. Володченко А.Н. , Жуков Р.В., Фоменко Ю.В., Алфимов С.И. Силикатный бетон на нетрадиционном сырье // Бетон и железобетон. — 2006. — № 6.
— С. 16—18.
3. Володченко А.Н., Жуков Р.В., Алфимов С.И. Силикатные материалы на основе вскрышных пород Архангельской алмазоносной провинции // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. — 2006. — № 3. — С. 67—70.
4. Володченко А.Н., Жуков Р.В., Лесовик В.С., Дороганов Е.А. Оптимизация свойств силикатных материалов на основе известково-песчано-глинистого вяжущего / А.Н. Володченко, // Строительные материалы. — 2007. — № 4.
— С. 66—68.
5. Володченко А.Н., Лесовик В.С. Повышение эффективности производства автоклавных материалов // Известия высших учебных заведений. Строительство. — 2008. — № 9. — С. 10—16.
6. Володченко А.Н., Лесовик В.С. Силикатные автоклавные материалы с использованием нанодисперсного сырья // Строительные материалы. — 2008. — № 11. — С. 42—44.
7. 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.
8. Володченко А.Н., Лесовик В.С., Алфимов С.И., Жуков Р.В. Попутные продукты горнодобывающей промышленности в производстве строительных материалов // Современные наукоемкие технологии. — 2005. — № 10. — С. 79.
9. Володченко А.Н. Особенности взаимодействия магнезиальной глины с гидроксидом кальция при синтезе новообразований и формирование микроструктуры // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. — 2011. — № 2. — С. 51—55.
10. Володченко А.Н. Глинистые породы - сырье для производства автоклавных ячеистых бетонов // Сборник научных трудов Sworld по материалам международной научно-практической конференции. — 2012.
— Т. 26. — № 2. — С. 11—14.
11. Володченко А.Н. Взаимодействие мономинеральных глин с гидроксидом кальция в гидротермальных условиях // Сборник научных трудов Sworld по материалам международной научно-практической конференции. — 2012. — Т. 30. — № 3. — С. 35—37.
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. Взаимодействие между компонентами при изготовлении металлокомпозитов // Фундаментальные исследования. — 2007. — № 12— 1. — С. 95—97.
14. Ключникова Н.В. Принципы создания керамометаллического композита на основе глин и металлического алюминия // Естественные и технические науки. — 2012. — № 2(58). — С. 450—452.
15. Ключникова Н.В. Керамометаллические композиционные материалы с высоким содержанием алюминия // Современные проблемы науки и образования. — 2011. — № 6. — С. 107—107.
16. 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.
17. Ключникова Н.В. Термомеханическое совмещение компонентов при создании керамометаллических композитов // Сборник научных трудов Б'ОгМ по материалам международной научно-практической конференции.
— 2012. — Т. 6. — № 2. — С. 65—69.
18. Ключникова Н.В. Влияние пористости на свойства керамометаллических композитов // Сборник научных трудов Sworld по материалам международной научно-практической конференции. — 2012. — Т. 6. — № 3. — С. 41—45.
19. Ключникова Н.В., Лымарь Е.А. Получение металлокомпозиционных материалов // Стекло и керамика. — 2006. — № 2. — С. 33—34.
20. 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.
21. 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.
22. Лесовик В.С., Володченко А.Н., Алфимов С.И., Жуков Р.В., Гаранин В.К. Ячеистый бетон с использованием попутнодобываемых пород архангельской алмазоносной провинции // Известия высших учебных заведений. Строительство. — 2007. — № 2. — С. 13—18.
23. Лесовик В.С., Володченко А.А. Долговечность безавтоклавных силикатных материалов на основе природного наноразмерного сырья // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. — 2011. — № 2. — С. 6—11.
