CC BY
53
Библиографические ссылки
1. Глуховский, В. Д. Шлакощелочные бетоны на мелкозернистых заполнителях/В. Д. Глуховский. Киев: Вища школа, 1981. 58 с.
2. Авторское свидетельство СССР №697429, МКл. С04В 7/14, 18.11.79.
3. Патент RU 2296724 С04В 7/153 Вяжущее (варианты).
4. Глуховский, В.Д. Шлакощелочные цементы и бетоны /В. Д. Глуховский, В.А. Пахомов. Киев: Буд1вельник, 1978. С. 8-10.
5. Ходаков, Г.С. О Механизме твердения тонкоизмельченного известково-песчаного вяжущего без гидротермальной обработки/Г.С. Ходаков. М.: Государственное издательство литературы по строительным материалам, 1957. С. 3-5.
УДК 691:620.17:628.544
И.Ю. Колокольчиков, П.Д. Саркисов, Л.А. Орлова Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ВЫСОКОКРЕМНЕЗЕМИСТЫЙ КОМПОЗИТ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
In this study high-silica glass-ceramic composite was synthesized using ceramic technology. The process of sintering and crystallization in obtaining the composite were studied. The technological parameters: the dispersity of used raw materials, the ratio of binder: filler, temperature-time regime of heat treatment were worked out. The phase composition, structure, mechanical and chemical properties of high-silica composite were investigated.
В работе был синтезирован высококремнеземистый стеклокристаллический композит с применением керамической технологии; изучены процессы спекания и кристаллизации при получении композита; разработаны технологические параметры: дисперсность применяемого сырья, соотношение связующее: наполнитель, температурно-временной режим термообработки; исследованы фазовый состав, структура, механические и химические свойства высококремнеземистого композита.
Современное строительство требует создания новых высокопрочных долговечных строительных материалов, сочетающих высокие эксплуатационные свойства с применением дешевых сырьевых компонентов, энергоэффективной технологии и сведением к минимуму транспортных затрат на перевозку строительной продукции[1-3].
Цель данной работы - синтез строительного материала с максимально возможным количеством кварцевого песка и отходов производства, в частности доменного шлака. В качестве сырьевых компонентов использовали пески Ямала и доменный шлак «Уралсталь».
В работе были решены следующие основные задачи:
- синтез высококремнеземистых стеклокристаллических композитов с применением керамической технологии;
- изучение процессов спекания и кристаллизации при получении высококремнеземистых стеклокристаллических композитов на основе кварцевого песка и металлургических шлаков;
-разработка технологических параметров синтеза композитов (дисперсность приметаемого сырья, соотношение связующее: наполнитель, тем-пературно-временной режим термообработки);
- исследование фазового состава, структуры, механических (прочность на изгиб и сжатие) и химических (водо-и кислотостойкость) свойств получаемых композитов.
При создании композита использовали керамическую технологию, основными технологическими стадиями которой являются: измельчение сырьевых компонентов; их дозирование и смешивание; увлажнение сырьевой смеси; прессование изделий; обжиг.
Согласно данным петрографического анализа кварцевый песок Ямала состоит из кристаллического кварца, некоторые зерна которого имеют аморфизированную поверхность, железистую и глинистую пленку. Основная часть глинистой составляющей присутствует в виде каолинита, в песке встречаются также вкрапления полевого шпата и рутила. Петрографические снимки кварцевого песка приведены на рисунке 1.
По данным рентгенофазового анализа в фазовом составе песков присутствует в качестве основной кристаллической фазы низкотемпературный а-кварц.
Доменный шлак ОАО «Уралсталь» представляет собой в основном стеклообразную смесь крупной и мелкой фракции светло-серого цвета от 1 до 30 мм. По данным петрографического анализа содержание стекла в пробе составляет 99,0%.
С применением керамической технологии на основе сырьевой смеси, включающей песок и доменный шлак в соотношении 60/40 получен композит ВКК 60/40, имеющий следующие физико-механические свойства: плотность -2470 кг/м3; водопоглощение 0,3%; прочность на изгиб 80,0 МПа; прочность на сжатие 230 МПа, водо- и кислотостойкость -99,9 и 99,8%. По механическим свойствам полученный композит существенно превосходит силикатные и клинкерные строительные кирпичи. Фазовый состав представлен а-кварцем, Р-волластонитом и незначительным количеством кристоба-лита.
Выявлено влияние различных факторов (природы связующего, соотношения наполнителя и связующего, дисперсности наполнителя (рисунок 3)и температуры обжига) на процесс спекания и свойства получаемого композита. Установлено, что на прочностные свойства в наибольшей степени влияет подготовка сырьевой смеси, Показано, что оптимальным является соотношение песок:доменный шлак в пределах 60:40 - 65:35. Температура обжига также является наиважнейшим фактором, влияющим на прочностные и керамические свойства получаемых композитов. Установлено, что при оптимальной температуре резко снижается пористость композита, уве-
личиваются плотность и механические свойства, при этом в фазовом составе композита уменьшается количество кварца и возрастает количество волла-стонита.
6000 5000 ООО
Яв ооо
Рис. 1. Петрографический анализ кварцевого песка Ямала
D:\dron3M\data\n 1
с |
! « \
:...........................
1 ......................
о о
.1 1 М А А - И л. л Л
15 20 25 30 35 40 45 50 55
Рис. 2. РФА кварцевого песка Ямала
Исследование усадки спрессованных образцов сырьевой смеси для композита методом высокотемпературной дилатометрии позволило определить интервал спекания, соответствующий максимальным усадочным явлениям, и разработать режим термообработки с различной скоростью подъема температуры в различных температурных зонах. Выявлена важная роль
стеклофазы доменного шлака, обеспечивающая залечивание пор композита, делающая пористость закрытой и повышающая прочностные характеристики композита также за счет либо кристаллизации стеклофазы, либо за счет ее взаимодействия с кварцевой составляющей песка.
Рис. 3. Влияние фракционного состава сырьевой смеси на прочность на сжатие высококремнеземистого композита
ЙШэ *10'3
Значение: 596.7 °С, 6.8959Е-03
Значение: 649.8 °С, 6.9782Е-03
Значение: 763.2 °С, 5.7987Е-03
1 ОгЬ N0 Ме.Ы4
Темпесатоа Г С
Рис. 4. Дилатометрическая кривая спрессованного образца состава композита ВКК (60/40)
Методом электронной микроскопии исследована структура высококремнеземистого композита. На ЭМ снимке (рисунок 4) полученного композита наблюдается процесс частичного оплавления кристаллических структур, что обеспечивает плотную структуру и высокие прочностные характеристики получаемого композита.
Рис. 5. Электронная микроскопия структуры полученного композита
В результате проведенной работы показана возможность синтеза высококремнеземистых композитов строительного назначения на основе песков Ямала и металлургических шлаков ОАО «Уралсталь» с применением керамической технологии. Исследовано влияние различных факторов на структуру, фазовый состав и эксплуатационные свойства полученного материала. Научно обоснованы условия, обеспечивающие получение высококремнеземистого до 82% Si02 композита с повышенными значениями прочностных характеристик, существенно превышающих механические свойства силикатных и клинкерных кирпичей, абразивной и химической стойкостью. Определены основные технологические параметры получения высококремнеземистого стеклокристаллического композита.
Разработанный композит предназначен для строительных работ в условиях вечной мерзлоты, для футеровки различных устройств, контактирующих с агрессивными средами.
Библиографические ссылки
1. Комар, A.B. Технология производства строительных материалов / A.B. Комар, Ю.М. Баженов, JI. М. Сулименко. М.: Высшая школа, 1990. 446 с.
2. Микульский, В.Г. Строительные материалы / В.Г. Микульский, Г.И. Горчаков, В.В. Козлов, В.Н. Куприянов, Л.П. Орентлихер, Р.З. Рахимов, Г.П. Сахаров, В.М. Хрулев. М.: Высшая школа, 2007. 520 с.
3. Кондратенко В. А. Керамические стеновые материалы: оптимизация их физико-технических свойств и технологических параметров производства / В. А. Кондратенко - Москва: «Композит» - 2005. - 512с.
