ПОВЫШЕНИЕ  МОРОЗОСТОЙКОСТИ  СИЛИКАТНЫХ  МАТЕРИАЛОВ НА  ОСНОВЕ  НЕТРАДИЦИОННОГО  СЫРЬЯ

Володченко  Анатолий  Николаевич

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

E-mail: 

INCREASE  OF  FROST  RESISTANCE  THE  SILICATE  MATERIALS  BASED  ON  NON-TRADITIONAL  RAW  MATERIALS

Anatoly  Volodchenko

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

АННОТАЦИЯ

Установлено,  что  на  основе  нетрадиционного  сырья,  представленного  песчано-глинистыми  породами,  можно  получать  морозостойкие  автоклавные  силикатные  материалы.

ABSTRACT

It  is  established  that  On  the  basis  of  the  non-traditional  raw  materials  submitted  by  sand-clay  rocks  it  is  possible  to  get  frost-resistance  of  autoclaved  silicate  materials.

Ключевые  слова:  песчано-глинистые  породы;  известь,  известково-песчано-глинистое  вяжущее;  автоклавные  силикатные  материалы;  морозостойкость. 

Keywords:  sandy-clay  rocks;  lime,  lime-sand  binder;  autoclave  silicate  materials;  frost-resistance.

Для  производства  силикатного  кирпича  по  традиционной  технологии  в  качестве  кремнеземистого  компонента  используется  кварцевый  песок.  Однако  запасы  такого  сырья  ограничены.  Существенно  увеличить  сырьевую  базу  автоклавных  силикатных  материалов  можно  за  счет  использования  в  качестве  сырья  песчано-глинистых  пород,  которые  распространены  на  территории  Российской  Федерации,  а  также  попутно  извлекаются  в  больших  количествах  в  процессе  добычи  полезных  ископаемых  [1—4].

Глинистые  отложения  формируются  при  выветривании  алюмосиликатных  пород.  Промышленность  строительных  материалов  использует  незначительную  часть  глинистых  пород,  удовлетворяющая  действующей  нормативно-технической  документации.  Они  используются  для  производства  цемента,  керамических  материалов,  керамзита,  а  также  на  их  основе  можно  получать  металлокомпозиты  [8—29].

Нетрадиционные  для  получения  строительных  материалов  песчано-глинистые  породы,  характеризующиеся  незавершенностью  процессов  минералообразования  и  составляющие  значительную  долю  в  составе  глинистых  отложений,  не  пригодны  для  производства  указанных  строительных  материалов.  Однако  химический  и  минеральный  состав  позволяет  использовать  эти  породы  для  производства  автоклавных  силикатных  материалов.  При  этом  оптимизируется  микроструктура  цементирующего  соединения,  что  улучшает  свойства  силикатных  материалов  [5—7].

Важнейшим  показателем,  характеризующий  долговечность  силикатного  кирпича,  является  его  морозостойкость,  которая  преимущественно  зависит  от  морозостойкости  цементирующего  вещества.  Поэтому  весьма  важным  является  вопрос  о  влиянии  песчано-глинистого  сырья  на  морозостойкость  автоклавных  силикатных  материалов,  так  как  глинистые  минералы  способны  оказать  отрицательное  влияние  на  этот  показатель.

Целью  работы  является  изучение  морозостойкости  автоклавных  силикатных  материалов,  полученных  с  использованием  песчано-глинистых  пород.

В  исследованиях  были  использованы  два  суглинка,  которые  относятся  к  отложениям  четвертичного  возраста.  В  суглинке  №  1  содержится  40  мас.  %  свободного  кварца  и  61,38  мас.  %  пелитовой  фракции.  Суглинок  №  2  содержит  кварца  и  пелитовой  фракции  соответственно  62,8  и  41,31  мас.  %.

Для  приготовления  сырьевой  смеси  использовали  известково-песчано-глинистое  вяжущее  (ИПГВ),  которое  получали  путем  совместного  измельчения  породы  с  известью.  Активность  смеси  составляла  8  мас.  %.  Образцы  формовали  при  давлении  прессования  20  МПа,  запаривали  по  режиму  1,5—6—1,5  ч  при  давлении  насыщенного  пара  1  МПа. 

Оптимальное  содержание  песчано-глинистых  пород  составляет  30  мас.  %.  (табл.  1).  При  этом  предел  прочности  при  сжатии  для  суглинка  №  1  и  №  2  достигает  соответственно  31,8  и  39,1  МПа,  что  выше  в  сравнении  с  контрольными  образцами  в  1,6  и  1,9  раза.  Для  суглинка  №  1  при  содержании  5  мас.  %  наблюдается  незначительное  снижение  прочности. 

Таблица  1.

Свойства  силикатных  материалов  в  зависимости  от  содержания  песчано-глинистых  пород

Максимальная  средняя  плотность  также  соответствует  содержанию  суглинка  №  1  и  №  2  в  количестве  30  мас.  %  и  составляет  соответственно  1980  и  2035  кг/м³.  Водопоглощение  снижается  и  достигает  минимального  значения  при  содержании  пород  20—30  %.

Термографическим  и  рентгенофазовым  анализами  установлено,  что  в  известково-песчаных  образцах  образуются  гидросиликаты  кальция  CSH(B).  В  образцах  на  основе  ИПГВ  цементирующее  соединение  представлено  преимущественно  гидросиликатами  кальция,  а  также  образуются  гидрогранаты,  которые  синтезируются  за  счет  глинистых  минералов. 

В  образцах  с  5  и  10  мас.  %  суглинка  №  1  остался  несвязанный  гидроксид  кальция  из-за  недостаточного  количества  глинистой  составляющей,  которая  необходима  для  полного  взаимодействия  с  известью  [7].  Для  суглинка  №  2  этого  не  наблюдается,  вероятно,  из-за  более  низкого  содержания  пелитовой  фракции  и  высокого  содержания  свободного  кварца.

Положительное  влияние  изучаемых  пород  на  прочность  силикатных  материалов  связано  с  образованием  более  прочной  структуры  композита  за  счет  повышения  плотности  упаковки  материала  и  оптимизации  микроструктуры  цементирующего  вещества.  Это  подтверждается  тем,  что  образцам  с  максимальной  прочностью  соответствует  наибольшая  средняя  плотность  минимальное  водопоглощение.

Испытанию  на  морозостойкость  подвергались  известково-песчаные  (контрольные)  образцы  и  с  содержанием  исследуемых  пород  30  мас.  %,  автоклавированные  при  времени  изотермической  выдержки  3  и  6  ч  (табл.  2).

Таблица  2.

Морозостойкость  силикатных  материалов

Контрольные  образцы  после  15  и  25  циклов  замораживания  и  оттаивания  потеряли  соответственно  17,5  и  28,5  %  начальной  прочности.  Использование  ИПГВ  существенно  повысило  морозостойкость.  Все  образцы  на  исследуемых  породах,  автоклавированные  при  времени  изотермической  выдержки  3  и  6  ч,  выдержали  50  циклов  замораживания  и  оттаивания. 

Для  образцов  на  основе  суглинка  №  2  со  временем  изотермической  выдержки  6  ч  после  50  циклов  замораживания  и  оттаивания  наблюдается  рост  прочности  на  17,6  %.  Это  указывает  на  гидравлические  свойства  полученного  материала.  Цементирующее  соединение  набирает  прочность  в  воде  быстрее,  чем  разрушается  под  действием  попеременного  замораживания  и  оттаивания.

Таким  образом,  за  счет  использования  в  качестве  сырья  песчано-глинистых  пород  можно  повысить  прочность  и  морозостойкость  автоклавных  силикатных  материалов,  что  увеличит  их  долговечность.

Список  литературы:

1. Алфимова  Н.И.  Повышение  эффективности  стеновых  камней  за  счет  использования  техногенного  сырья  //  Вестник  Белгородского  государственного  технологического  университета  им.  В.Г.  Шухова.  —  2011.  —  №  2.  —  С.  56—59.

2.Алфимова  Н.И.,  Шаповалов  Н.Н.  Материалы  автоклавного  твердения  с  использованием  техногенного  алюмосиликатного  сырья  //  Фундаментальные  исследования.  —  2013.  —  №  6-3.  —  С.  525—529.

3.Володченко  А.Н.,  Лесовик  В.С.  Повышение  эффективности  производства  автоклавных  материалов  //  Известия  вузов.  Строительство.  —  2008.  —  №  9.  —  С.  10—16. 

4.Володченко  А.Н.  Нетрадиционное  сырье  для  автоклавных  силикатных  материалов  //  Технические  науки  –  от  теории  к  практике.  —  2013.  —  №  20.  —  С.  82—88. 

5.Володченко  А.Н.,  Лесовик  В.С.  Силикатные  автоклавные  материалы  с  использованием  нанодисперсного  сырья  /  А.Н.  Володченко,  В.С.  Лесовик  //  Строительные  материалы.  —  2008.  —  №  11.  —  С.  42—44.

6.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. 

7.Володченко  А.Н.  Влияние  глинистых  минералов  на  свойства  автоклавных  силикатных  материалов  //  Инновации  в  науке.  —  2013.  —  №  21.  —  С.  23—28.

8.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.

9.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.

10.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.

11.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. 

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.,  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.

14.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.

15.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.

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

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

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

19.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. 

20.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.

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

22.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.

23.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.

24.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.

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

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

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

28.Klyuchnikova  N.V.  Ceramic  composites  properties  control  using  metal  filler  //  International  scientific  and  practical  conference  “Science  and  Society,  London.  —  2013.  —  Vol.  1  —  P.  110—114. 

29.Klyuchnikova  N.V.  Modification  of  components  used  for  making  a  metalceramic  composite  //  The  Recent  Trends  in  Science  and  Technology  Management,  London.  —  2013.  —  Vol.  1.  —  P.  194—200.