К.т.н., доц. Володченко А.Н.

Белгородский государственный технологический

университет им. В.Г. Шухова, Россия

ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ЯЧЕИСТЫХ

БЕТОНОВ ОСНОВЕ ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫХ ПОРОД

Основным сырьем для производства автоклавных ячеистых бетонов являются кварцевый песок и известь. Установлено, что в качестве сырья можно также использовать нетрадиционные для стройиндустрии песчано-глинистые породы [1]. При использовании супеси время изотермической выдержки изделий в автоклаве в сравнении с известково-песчаными сокращается в 1,5 раза и составляет 5 ч [2]. Проведены исследования формирования фазового состава новообразований и микроструктуры образов ячеистого бетона.

Результаты микроскопических исследований образцов показывают, что при 5 ч изотермической выдержки образуются гидросиликаты кальция группы тоберморита, имеющие вид тонких пластинок (рис. 1, а).

а б

Рис. 1. Микроструктура ячеистых образцов на основе супеси:

а – 5 ч изотермической выдержки (×3500); б – 8 ч изотермической выдержки (×5500)

Эти новообразования также идентифицируются рентгенофазовым анализом по отражениям в пределах 11,48–11,63 Å (рис. 2, а). Аномальное отклонение от структуры тоберморита 11,3 Å обусловлено, вероятно, многокомпонентным составом сырьевой смеси и, соответственно, образованием нестехиометрических соединений. Возможно также частичное замещение ионов кремния в кристаллической решетке тоберморита ионами алюминия.

При увеличении длительности гидротермальной обработки структура цементирующего соединения становится более рыхлой и, соответственно, менее прочной (рис. 1, б). Перекристаллизация первоначально возникшего сростка гидросиликата происходит в уже затвердевшем материале, что, очевидно, и приводит к понижению прочности. Следовательно, 5 ч изотермической выдержки достаточно для образования оптимальной структуры новообразований.

а б

Рис. 2. Термограммы (а) и рентгенограммы (б) образцов:

содержание СаО, мас. %: 1 – 16, 2 – 18, 3 – 20

Термографический анализ образцов (см. рис. 2, б) показывает, что в состав цементирующего соединения входят также низкоосновные гидросиликаты кальция типа CSH(B) (экзотермический эффект 840–860°С). Эндотермический эффект при 780 °С соответствует декарбонизации карбоната кальция.

Рефлексы в области 2,75–2,81Å на рентгенограмме принадлежат, вероятно, гидрогранатам, которые образуются при взаимодействии гидроксида кальция с глинистыми минералами. Цементирующие соединения образуются в результате взаимодействия Са(ОН)₂ преимущественно с глинистыми минералами и лишь частично с тонкодисперсным кварцем.

Кроме того, установлено, что во всех исследуемых образцах отсутствует несвязанный гидроксид кальция. Все это свидетельствует о высокой реакционной способности исследуемой породы и возможности проводить автоклавный синтез при невысоких давлениях.

Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о том, что отложения незавершенной стадии глинообразования могут использоваться в качестве сырья для получения силикатных стеновых материалов автоклавного твердения. За счет высокой реакционной способности метастабильных минералов исследуемой породы ускоряется синтез новообразований и формируется оптимальная микроструктура цементирующего соединения, что позволяет сократить время автоклавной обработки. Кроме того, вследствие высокой дисперсности супеси, возможно исключение из технологического процесса такой энергоемкой операции, как помол кремнеземистого компонента. Все это, в совокупности, приводит к экономии энергозатрат на производство ячеистых бетонов на основе песчано-глинистых пород на 25–30 %.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Володченко, А.Н. Попутные продукты горнодобывающей промышленности в производстве строительных материалов / А.Н. Володченко, В.С. Лесовик, С.И. Алфимов, Р.В. Жуков // Современные наукоемкие технологии. 2005. – № 10. – С. 79.

2. Володченко, А.Н. Регулирование свойств ячеистых силикатных бетонов на основе песчано-глинистых пород / А.Н. Володченко, В.С. Лесовик, С.И. Алфимов, А.А. Володченко // Известия вузов. Строительство. – 2007. – № 10. – С. 4–9.