ИЗУЧЕНИЕ  ПРОДУКТОВ  ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ  МАГНЕЗИАЛЬНОЙ  ГЛИНЫ  С  ИЗВЕСТЬЮ  ПРИ  АВТОКЛАВНОЙ  ОБРАБОТКЕ

Володченко  Анатолий  Николаевич

канд.  техн.  наук,  профессор  Белгородского  государственного

технологического  университета  им  В.Г.  Шухова,  РФ,  г.  Белгород

E-mail: 

STUDY  OF  REACTION  PRODUCTS  INTERACT  OF  MAGNESIAN  CLAY  WITH  LIME  AT  AUTOCLAVING

Anatoly  Volodchenko

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

АННОТАЦИЯ

Установлен  состав  цементирующего  соединения  автоклавных  силикатных  материалов,  полученных  с  использованием  вяжущего  на  основе  магнезиальной  глины.

ABSTRACT

The  was  defined  composition  of  the  cementitious  binder  of  autoclave  silicate  materials  are  produced  based  on  binder  of  magnesia  clay.

Ключевые  слова:   магнезиальная  глина;  известково-сапонитовое  вяжущее;  автоклавная  обработка;  новообразования.

Keywords:   magnesia  clay;  lime-saponite  binder;  autoclaving;  neoplasms.

Широкое  использование  в  современном  строительстве  автоклавных  материалов  связано  со  сравнительно  простой  технологией  производства,  с  низкой  себестоимостью  и  высоким  качеством  изделий.  Для  производства  автоклавных  материалов  в  основном  используют  известково-кремнеземистое  вяжущее.  В  качестве  кремнеземистого  компонента  для  получения  вяжущих  автоклавного  твердения  можно  использовать  некоторые  промышленные  отходы.  Наиболее  перспективным  является  использование  вскрышных  пород  горнодобывающей  промышленности  и,  в  частности,  песчано-глинистые  породы.  Глинистые  породы,  отвечающие  требованиям  нормативных  документов,  применяются  в  качестве  сырья  в  производства  цемента  и  керамических  материалов.  Это  сырье  можно  использовать  также  для  получения  металлокомпозитов  [9—27,  30—32].  Установлено,  что  песчано-глинистые  породы  не  пригодные  для  получения  указанных  материалов  можно  использовать  для  производства  автоклавных  силикатных  материалов  [1—8,  28,  29].

В  ряде  регионов,  в  частности  в  пределах  Архангельской  алмазоносной  провинции  широко  распространены  магнезиальные  глины  ультраосновного  состава,  спецификой  которых  является  наличие  в  их  составе  сапонита  (до  98  мас.  %),  а  также  других  глинистых  минералов,  тонкодисперсного  кварца  и  кальцита.  Проведены  исследования  с  целью  изучения  возможности  использования  магнезиальных  глин  для  получения  вяжущего  автоклавного  твердения  [6].

Целью  работы  является  изучение  состава  новообразований,  образующегося  при  автоклавной  обработке  известково-сапонитового  вяжущего.

Магнезиальная  глина  представляет  собой  плотную  породу  серого  цвета  с  зеленым  оттенком  с  раковистым  изломом  и  слоистой  текстурой.  В  пробе  преобладают  алевритоые  и  пелитовые  частицы  (73,82  мас.  %).  Химический  состав  породы  следующий,  мас.  %:  SiO₂  –  45,3,  Al₂O₃  –  6,24,  Fe₂O₃  –  8,14,  CaO  –  8,86,  MgO  –  18,92,  TiO₂  –  0,65,  K₂O  –  2,16,  Na₂O  –  2,84,  п.п.п.  –  6,16.

Целью  работы  является  исследование  состава  цементирующего  соединения  автоклавных  силикатных  материалов  на  основе  известково-сапонитового  вяжущего.

Образцы,  полученные  на  основе  магнезиальной  глины  и  извести,  содержание  которой  изменялось  от  10  до  40  мас.  %,  автоклавировали  по  режиму  1,5+6+1,5  ч  при  давлении  пара  1,0  МПа.  Фазовый  состав  новообразований  исследовали  методами  термографического,  рентгенорафического  и  ИК-спектроскопического  анализа. 

При  взаимодействии  глины  и  извести  преимущественно  реагирует  сапонит.  Продуктами  реакции  являются  низкоосновные  гидросиликаты  кальция  группы  CSH(B)  (экзоэффекты  при  810—840  °С  на  термограмме)  и  глиноземистый  тоберморит  (рефлексы  9,58—12,0  Å  на  рентгенограмме).  Возможно  образование  рентгеноаморфных  гидросиликатов  магния. 

С  увеличением  содержания  в  вяжущем  извести  повышается  содержание  в  цементирующем  соединении  карбоната  кальция.  Одновременно  повышается  содержание  карбоната  магния  (усиление  интенсивности  полос  поглощения  857  и  1475  см^–1  на  ИК-спектрах  и  рефлекса  2,917  Å  на  рентгенограмме).  Магнезит  образуется  при  связывании  ионов  Mg²⁺  с  анионами  СО₃^2–.  Данные  ИК-спектроскопии  показали,  что  наиболее  интенсивные  полосы  поглощений  СО₃^2–  (1500—1450,  878—857  см^–1)  и  SiO₄^4–  (1100—950,  550—370  см^–1)  наблюдаются  в  автоклавированных  образцах  при  содержании  извести  20  мас.  %.  Этот  состав  вяжущего  обеспечивает  максимальную  прочность  образцам,  что  свидетельствует  об  образовании  оптимального  состава  цементирующего  соединения. 

При  высокой  температуре  и  большой  длительности  автоклавной  обработки  в  системе  MgO–SiO₂–H₂O  происходит  образование  гидросиликатов  магния  типа  серпентина,  которые  фиксируются  термографическим  и  рентгенофазовым  методами  анализа.  При  низких  температурах  и  коротких  режимах  запаривания  образуются  рентгеноаморфные  гидросиликаты  магния.

В  условиях  нашего  эксперимента  в  системе  MgO–SiO₂–H₂O  при  изотермической  выдержке  6  ч  и  давлении  автоклавирования  1,0  МПа  также  обнаружено  образование  рентгеноаморфных  гидросиликатов  магния  по  экзоэффекту  при  820  °С  (рис.  1,  а). 

В  системе  СаO–SiO₂–H₂O  при  тех  же  условиях  образование  гидросиликатов  кальция  группы  CSH(B)  определяется  как  термографическим  (экзоэффект  при  825  °С),  так  и  рентгенофазовым  (3,063  Å)  (рис.  1,  б)  методами  анализа.  При  этом  степень  взаимодействия  SiO₂  с  Са(OH)₂  гораздо  выше,  чем  с  Мg(OH)₂.  Это  фиксируется  по  относительно  меньшей  величине  аналитических  линий  свободного  кварца  на  рентгенограмме  (серия  рефлексов  3,35;  4,26;  1,82  Å)  при  взаимодействии  с  Са(OH)₂  и  по  наличию  свободного,  еще  не  вступившего  в  реакцию  Мg(OH)₂  (пик  около  3700  см^-1  на  ИК-спектре  (рис.  1,  в)  и  эндоэффект  при  410  °С  на  ДТА). 

а                                                                     

 б

в

Рисунок.  1.  Термограммы  (а),  рентгенограммы  (б)  и  ИК-спектры  (в)  продуктов  взаимодействия  SiO₂  с  Са(OH)₂  (1)  и  SiO₂  с  Мg(OH)₂  (2)

Полученные  данные  показывают,  что  гидросиликаты  магния,  полученные  при  низких  температурах  и  коротких  режимах  запаривания,  не  идентифицируются  ИК-спектроскопией  и  рентгенофазовым  анализом.  Определить  их  можно  с  помощью  дифференциально-термического  анализа.  Однако  сложность  определения  гидросиликатов  магния  термографически  заключается  в  том  что,  экзоэффект  при  820—825  °С  совпадает  с  соответствующим  экзоэффектом  гидросиликатов  кальция. 

Таким  образом,  магнезиальные  глины  обладают  высокой  реакционной  способностью  к  гидроксиду  кальция  в  условиях  автоклавной  обработки.  В  процессе  взаимодействия  глины  и  извести  образуются  низкоосновные  гидросиликаты  кальция  типа  CSH(B)  и  глиноземистый  тоберморит.  В  составе  новообразований  образуется  также  карбонат  кальция.  Возможно  образование  рентгеноаморфных  гидросиликатов  магния.  Данный  состав  цементирующего  соединения  обеспечивает  высокие  прочностные  показатели  силикатных  материалов  на  основе  известково-сапонитового  вяжущего.

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.,  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.

3.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.

4.Володченко  А.Н.,  Лесовик  В.С.  Автоклавные  ячеистые  бетоны  на  основе  магнезиальных  глин  //  Известия  вузов.  Строительство.  —  2012.  —  №  5.  —  С.  14—21.

5.Володченко  А.Н.,  Лесовик  В.С.  Реологические  свойства  газобетонной  смеси  на  основе  нетрадиционного  сырья  //  Вестник  Белгородского  государственного  технологического  университета  им.  В.Г.  Шухова.  —  2012.  —  №  3.  —  С.  45—48.

6.Володченко  А.Н.  Вяжущее  на  основе  магнезиальных  глин  для  автоклавных  силикатных  материалов  //  Сборник  научных  трудов  SWorld  по  материалам  международной  научно-практической  конференции.  —  2012.  —  Т.  30.  —  №  3.  —  С.  38—41.

7.Володченко  А.Н.  Автоклавные  силикатные  материалы  на  основе  отходов  горнодобывающей  промышленности  //  Сборник  научных  трудов  SWorld  по  материалам  международной  научно-практической  конференции.  —  2012.  —  Т.  47.  —  №  4.  —  С.  29—32.

8.Володченко  А.Н.  Влияние  песчано-глинистых  пород  на  оптимизацию  микроструктуры  автоклавных  силикатных  материалов  //  Сборник  научных  трудов  SWorld  по  материалам  международной  научно-практической  конференции.  —  2012.  —  Т.  47.  —  №  4.  —  С.  32—36.

9.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.

10.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.

11.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.

12.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.

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.,  Приходько  А.Ю.  Керамические  композиционные  материалы  строительного  назначения  с  использованием  металлического  наполнителя  //  Известия  высших  учебных  заведений.  Строительство.  —  2005.  —  №  7.  —  С.  62—65.

15.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.

16.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.

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

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

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

20.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. 

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.  Термомеханическое  совмещение  компонентов  при  создании  керамометаллических  композитов  //  Сборник  научных  трудов  Sworld  по  материалам  международной  научно-практической  конференции.  —  2012.  —  Т.  6.  —  №  2.  —  С.  65—69. 

23.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.

24.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.

25.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.

26.Ключникова  Н.В.  Влияние  металлического  компонента  на  свойства  керамометаллических  композитов  //  Сборник  научных  трудов  Sworld  по  материалам  международной  научно-практической  конференции.  —  2013.  —  Т.  39.  —  №  2.  —  С.  54—60.

27.Ключникова  Н.В.  Рентгенофазовый  анализ  композиционных  материалов  на  основе  глин  //  Сборник  научных  трудов  Sworld  по  материалам  международной  научно-практической  конференции.  —  2013.  —  Т.  7.  —  №  1.  —  С.  3—10.

28.Лесовик  В.С.,  Строкова  В.В.,  Володченко  А.А.  Влияние  наноразмерного  сырья  на  процессы  структурообразования  в  силикатных  системах  //  Вестник  Белгородского  государственного  технологического  университета  им.  В.Г.  Шухова.  —  2010.  —  №  1.  —  С.  13—17. 

29.Лесовик  Р.В.,  Ковтун  М.Н.,  Алфимова  Н.И.  Комплексное  использование  отходов  алмазообогащения  //  Промышленное  и  гражданское  строительство.  —  2007.  —  №  8.  —  С.  30—31.

30.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. 

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

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