ВЛИЯНИЕ  ГЛИНИСТЫХ  МИНЕРАЛОВ  НА  СВОЙСТВА  АВТОКЛАВНЫХ  СИЛИКАТНЫХ  МАТЕРИАЛОВ

Володченко  Анатолий  Николаевич

канд.  техн.  наук,  профессор  Белгородского  государственного  технологического  университета  им  В.Г.  Шухова,  г.  Белгород

E-mail: 

EFFECT  OF  CLAY  MINERALS  ON  THE  PROPERTIES  OF  AUTOCLAVE  SILICATE  MATERIALS

Volodchenko  Anatoly

Candidate  of  Technical  Sciences,  professor  of  Belgorod  State  Technological  University  named  after  V.G.  Shukhov,  Belgorod

АННОТАЦИЯ

Установлено,  что  глинистые  минералы  оказывают  определяющее  влияние  на  синтез  цементирующих  соединений  и  свойства  силикатных  автоклавных  материалов.

ABSTRACT

The  author  proves  that  clay  minerals  have  the  decisive  influence  on  the  formation  and  properties  of  cementitious  compound  and  silicate  autoclave  materials.

Ключевые  слова:  монтмориллонит,  каолинит,  автоклавные  силикатные  материалы,  новообразования.

Keywords:  montmorillonite,  kaolinite,  autoclave  silicate  materials,  neoplasms.

Автоклавные  силикатные  материалы  являются  одними  из  наиболее  распространенных  стеновых  материалов.  По  традиционной  технологии  для  их  изготовления  используется  известь  и  кварцевый  песок,  запасы  которого  ограничены.  Однако  на  используемом  сырье  довольно  сложно  получать  эффективные  высокопустотные  изделия,  вследствие  низкой  прочности  сырца  и  неоптимальной  структуры  матрицы.  В  настоящее  время  актуальной  задачей  становится  совершенствование  технологии  производства  силикатных  материалов  и,  в  частности  замена  чистых  кварцевых  песков  отходами  промышленности,  в  том  числе  отходами  горнодобывающей  промышленности.

В  этом  плане  представляет  интерес  технология  получения  автоклавных  силикатных  материалов  с  использованием  в  качестве  сырья  песчано-глинистых  пород,  которые  характеризуются  незавершенностью  процессов  глинообразования  [1—6].

Глины  являются  продуктами  выветривания  алюмосиликатных  пород,  в  частности  полевых  шпатов.  Конечной  стадией  выветривания  этих  пород,  в  зависимости  от  условий,  являются  глины  преимущественно  каолинитового  и  монтмориллонитового  состава.  Глины,  соответствующие  нормативно-техническим  документам,  используются  при  производстве  керамических  изделий,  а  также  на  их  основе  можно  получать  металлокомпозиты  [7—26].

Глинистые  породы  незавершенной  стадии  глинообразования  имеют  весьма  разнообразный  минералогический  состав  и  свойства.  Поэтому  было  изучено  влияние  наиболее  типичных  мономинеральных  глин  каолинита  и  монтмориллонита  на  процесс  гидротермального  твердения  известково-песчаных  материалов,  а  также  роль  в  этом  кварца  различной  дисперсности.

Содержание  глин  в  сырьевой  смеси  составляло  5—50  мас.  %,  содержание  CaO_акт  —  8  мас.  %.  Образцы  запаривали  при  давлении  насыщенного  пара  1  МПа  по  режиму  1,5—6—1,5  ч.  Результаты  испытаний  представлены  на  рис.  1.

Каолинит  в  количестве  5—10  мас.  %  вызывает  снижение  предела  прочности  при  сжатии  силикатных  образцов  с  16,7  до  9,03  МПа.  С  дальнейшим  увеличением  содержания  каолинита  прочность  повышается  до  прочности  контрольных  образцов  и  далее  остается  без  изменения.  Добавка  монтмориллонита  5  мас.  %  также  вызывает  снижение  прочности.  С  увеличением  его  содержания  до  50  мас.  %  прочность  повышается  и  достигает  39  МПа.  Средняя  плотность  повышается  при  увеличении  содержания  глин  до  20  мас.  %  и  далее  снижается.

Рисунок  1.  Физико-механические  свойства  силикатных  материалов  в  зависимости  от  содержания  глины:  1,  2  —  каолинит;  3,  4  —  монтмориллонит;  1,  3  —  предел  прочности  при  сжатии;  2,  4  —  средняя  плотность

В  образцах  с  каолинитом,  как  показали  рентгенографические  и  термографические  и  исследования,  образуются  гидросиликаты  кальция  и  гидрогранаты.  Количество  гидрогранатов  с  увеличением  содержания  каолинита  возрастает.  В  образцах  с  содержанием  каолинита  5—10  мас.  %  остается  несвязанный  Ca(OH)₂,  который  исчезает  с  дальнейшим  увеличением  содержания  глины.  Монтмориллонит  образует  преимущественно  низкоосновные  гидросиликаты  кальция,  обеспечивающие  образцам  более  высокую  прочность.  Гидрогранаты  синтезируются  в  небольшом  количестве.  Как  и  в  случае  с  каолинитом  в  образцах  с  содержанием  5  мас.  %  монтмориллонита  остается  несвязанный  Ca(OH)₂.

Глины  при  содержании  5—10  мас.  %,  после  гидротермальной  обработки  полностью  вступают  в  реакцию.  При  содержании  глины  20  мас.  %  и  выше  остаются  непрореагировавшие  глинистые  минералы.  Наличие  свободного  Ca(OH)₂  при  небольшом  содержании  глин  можно  объяснить  недостаточным  для  их  взаимодействия  количеством,  так  как,  очевидно,  известь  в  смеси  с  глиной  взаимодействует  главным  образом  с  глинистыми  минералами.  Соответственно,  падение  прочности  происходит  в  результате  уменьшения  количества  новообразований  за  счет  неполного  связывания  извести.

Микроскопические  исследования  шлифов  известково-песчаных  образцов  показали,  что  на  поверхности  зерен  кварца  и  на  контактах  между  ними  находятся  образования,  имеющие  размытый  характер  (рис.  2,  а).  Зерна  кварца  корродированы.  Это  свидетельствует  о  том,  что  новообразования  синтезируются  за  счет  реакции  извести  как  с  тонкодисперсным,  так  и  с  крупнодисперсным  кварцем  заполнителя.

а)                              б)

Рисунок  2.  Микроструктура  силикатных  материалов,  николи+,  ´100:  а  —  известково-песчаные;  б  —  с  содержанием  суглинка

Микроскопические  исследования  шлифов  образцов  с  содержанием  глинистой  породы  были  проведены  на  образцах  с  содержанием  30  мас.  %  суглинка  месторождения  КМА  (рис.  2,  б).  Поверхность  многих  мелких  частиц  кварца  подвержена  коррозии  и  по  краям  окружена  гелеобразной  пленкой.  Крупные  же  кварцевые  зерна  почти  не  затронуты  коррозией.

Таким  образом,  можно  сделать  вывод,  что  в  известково-глинопесчаной  смеси  синтез  новообразований  идет,  главным  образом,  за  счет  взаимодействия  гидроксида  кальция  с  глинистыми  минералами  и  тонкодисперсным  кварцем.  Кварц  с  низкой  дисперсностью  с  известью  практически  не  реагирует.

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.,  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. 

3.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.

4.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. 

5.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.

6.Володченко  А.Н.,  Лесовик  В.С.  Реологические  свойства  газобетонной  смеси  на  основе  нетрадиционного  сырья  //  Вестник  БГТУ  им.  В.Г.  Шухова.  —  2012.  —  №  3.  —  С.  45—48.

7.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.

8.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.

9.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.

10.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. 

11.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.

12.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.

13.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.

14.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.

15.Ключникова  Н.В.,  Лымарь  Е.А.  Получение  металлокомпозиционных  материалов  //  Стекло  и  керамика.  —  2006.  —  №  2.  —  С.  33—34.

16.Ключникова  Н.В.  Взаимодействие  между  компонентами  при  изготовлении  металлокомпозитов  //  Фундаментальные  исследования.  —  2007.  —  №  12-1.  —  С.  95—97. 

17.Ключникова  Н.В.  Керамометаллические  композиционные  материалы  с  высоким  содержанием  алюминия  //  Современные  проблемы  науки  и  образования.  —  2011.  —  №  6.  —  С.  107—107.

18.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. 

19.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. 

20.Ключникова  Н.В.  Принципы  создания  керамометаллического  композита  на  основе  глин  и  металлического  алюминия  //  Естественные  и  технические  науки.  —  2012.  —  №  2(58).  —  С.  450—452.

21.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.

22.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.

23.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.

24.Klyuchnikova  N.V.,  Lumar’  E.A.  The  effect  of  metal  filler  on  structure  formation  of  composite  materials  //  Glass  and  Ceramics.  —  2005.  —  Т.  62.  —  №  9—10.  —  С.  319—320. 

25.Klyuchnikova  N.V.,  Lumar’  E.A.  Production  of  metal  composite  materials  //  Glass  and  Ceramics.  —  2006.  —  Т.  63.  —  №  1—2.  —  С.  68—69. 

26.Klyuchnikova  N.V.  Interaction  between  components  at  metal  composites  production  //  European  Journal  of  Natural  History.  —  2007.  —  №  6.  —  С.  110—111.