К.т.н., доц. Володченко А.Н.

Белгородский государственный технологический

университет им. В.Г. Шухова, Россия

ВЛИЯНИЕ ГЛИНИСТЫХ МИНЕРАЛОВ НА СОСТАВ

НОВООБРАЗОВАНИЙ АВТОКЛАВНЫХ

СИЛИКАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Одним из наиболее распространенных стеновых материалов, используемых в современном строительстве, являются автоклавные силикатные материалы. Для решения задач совершенствования технологии их производства с целью сокращения энергозатрат на производство и повышения качества необходим переход от традиционного сырья к получению композиционного вяжущего на основе нанодисперсного сырья, которое способствует синтезу цементирующих веществ оптимальной микроструктуры.

Экспериментально подтверждена возможность управления синтезом новообразований для получения материалов с заданными свойствами за счет использования в качестве сырья глинистых пород незавершенной фазы процессов глинообразования [1, 2]. Такие породы широко распространены, а также в больших количествах попутно извлекаются при добыче полезных ископаемых.

Глинистые породы имеют сложный минеральный состав, в который входят глинистые минералы, кварц различной дисперсности, аморфная фаза. Особый интерес вызывает влияние мономинеральных глин на процессы гидротермального твердения и состав новообразований известково-песчаных материалов, а также роль кварца различной дисперсности.

В работе использовали каолинит Глуховецкого месторождения и Черкасский бентонит (монтмориллонит). Содержание глин в известково-песчаной смеси составляло 5–50 мас. %, содержание активной CaO – 8 мас. %. Образцы подвергали автоклавной обработке по режиму 1,5–6–1,5 ч при давлении пара 1 МПа. Результаты экспериментов представлены в табл. 1.

Таблица 1

Физико-механические свойства силикатных материалов

в зависимости от содержания глины

Глина	Предел прочности при сжатии (МПА) при содержании глины, мас. %
	0	5	10	20	30	40	50
Каолинит	17,8	9,2	9,0	17,9	17,9	17,9	17,8
Монтмориллонит	17,8	10,8	17,2	19,5	28,1	35,0	39,0

Содержание в сырьевой смеси каолинита 5–10 мас. % вызывает снижение предела прочности при сжатии с 16,7 до 9,0 МПа. С увеличением содержания глины прочность повышается до прочности контрольных образцов. Монтмориллонит в количестве 5 мас. % также снижает прочность. С увеличением его содержания до 50 мас. % прочность повышается и достигает 39,0 МПа.

Изучение состава цементирующего соединения методами термографического и рентгенографического анализа показало, что в образцах с каолинитом образуются гидрогранаты и гидросиликаты кальция, причем с увеличением содержания каолинита количество гидрогранатов возрастает. В образцах с содержанием каолинита 5–10 мас. % остается свободный гидроксид кальция, который исчезает при увеличении содержания глины до 20 мас. %. Монтмориллонит способствует синтезу преимущественно низкоосновных гидросиликатов кальция, которые обеспечивают образцам высокую прочность. Гидрогранаты образуются в небольшом количестве. В образцах с содержанием монтмориллонита 5 мас. %, как и в случае с каолинитом, остается свободный Ca(OH)₂.

Наличие свободного гидроксида кальция при небольшом содержании глин связано с недостаточным для их взаимодействия количеством, так как Ca(OH)₂ в известково-глино-песчаной смеси взаимодействует главным образом с глинистыми минералами. Соответственно прочность снижается в результате уменьшения количества новообразований за счет неполного связывания извести.

Микроскопические исследования шлифов известково-песчаных образцов показали, что на поверхности зерен кварца находятся образования, имеющие размытый характер (рис. 1, а). Это свидетельствует о том, что цементирующие соединения образуются за счет реакции извести как с тонкодисперсным, так и с крупнодисперсным кварцем заполнителя. В образцах с содержанием глинистой породы (рис. 1, б, в) поверхность многих мелких частиц кварца подвержена коррозии и по краям окружена гелеобразной пленкой. Крупные же кварцевые зерна почти не затронуты коррозией.

а б в

Рис. 1. Микроструктура силикатных материалов, николи+, ´100:

а – известково-песчаные; содержание глины, мас. %: б – 10; в – 30

Таким образом, в известково-песчаной смеси с содержанием глинистых минералов цементирующие соединения образуются преимущественно за счет взаимодействия гидроксида кальция с глинистыми минералами и частично тонкодисперсным кварцем.

Литература:

1. Лесовик В.С. Повышение эффективности производства строительных материалов с учетом генезиса горных пород: научное издание. – М.: Изд-во АСВ, 2006. – 526 с.

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.