К.т.н., доц. Володченко А.Н.

Белгородский государственный технологический

университет  им. В.Г. Шухова, Россия

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА

АВТОКЛАВНЫХ СИЛИКАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

В современных условиях на первый план выходят задачи создания новых эффективных композитов, сочетающих в себе высокие конструктивные, декоративные и эксплуатационные качества. Для решения этой задачи применительно к технологии производства автоклавных силикатных материалов необходим новый подход, который заключается в переходе от традиционного сырья к получению композиционного вяжущего на основе нанодисперсного сырья, способствующие синтезу цементирующих веществ оптимальной микроструктуры.

Анализ данных по исследованию сырьевой базы материалов автоклавного твердения позволил теоретически обосновать и экспериментально подтвердить возможность управления синтезом новообразований для получения материалов с заданными свойствами путем введения в сырьевую массу глинистых пород незавершенной фазы процессов глинообразования [1, 2]. Подобные глинистые породы широко распространены, а также в больших количествах попутно извлекаются при добыче полезных ископаемых. Это сырье, обладающее свойствами природных наноразмерных частиц, позволяет изменить морфологию новообразований и оптимизировать структуру цементирующего соединения.

Изучена кинетика взаимодействия основных породообразующих глинистых минералов (каолинита и монтмориллонита) с гидроксидом кальция в гидротермальных условиях. Установлено, что оптимальные кинетические параметры реакции и для каолинита и для монтмориллонита обеспечиваются в том случае, если содержание CaO не превышает 30 мэкв/г глины.

Определено,  что предельное поглощение оксида кальция каолинитом и монтмориллонитом в условиях автоклавной обработки, которые приняты при производстве традиционного силикатного кирпича, составляет соответственно 28 и 30 мэкв/г глины. Исходя из полученных данных, предлагается способ расчета оптимального состава известково-глинистого вяжущего, в основе которого положено условие полного взаимодействия с  глинистых минералов с СаО.

,

где  С – содержание СаО в известково-глинистом  вяжущем, мас. %; P – содержание глинистых минералов в глинистой породе, мас. %; H – предельное поглощение глины известью, 28–30 мэкв/г; A – активность извести, мас. %.

Установлено, что в известково-глино-песчаной смеси цементирующие соединения образуются преимущественно за счет взаимодействия гидроксида кальция с глинистыми минералами и частично с тонкодисперсным кварцем. Крупнодисперсный кварц с известью практически не реагирует. Продуктами взаимодействия глинистых минералов с известью являются низкоосновные гидросиликаты и гидрогранаты, причем каолинит образует преимущественно гидрогранаты, а монтмориллонит – низкоосновные гидросиликаты кальция.

Изучение совместного влияния тонкодисперсного кварца и глинистых минералов на свойства известково-песчаных материалов показало, что наиболее эффективно управлять синтезом новообразований можно за счет введения пород, содержащих наряду с глинистыми минералами  50–70 мас. % тонкодисперсного кварца.

Проверка данной гипотезы проведена путем использования в качестве сырья вскрышных глинистых пород Курской магнитной аномалии (рис. 1), а также вскрышных пород Архангельской алмазоносной провинции и песчано-глинистых пород рада месторождений республики Йемен показало.

Использование этого сырья позволяет улучшить физико-механические характеристики автоклавных силикатных материалов (см. рис. 1.). За счет высокой активности сырья возможно сокращение времени изотермической выдержки силикатных материалов в автоклаве в 2–3 раза.

 

I                                                                   II

 

Рис. 1. Свойства образцов в зависимости от содержания суглинка Лебединского месторождения (I) и опоковидной глины (II) месторождеия КМА:

содержание активной CaO: а – 4 мас. %, б – 8 мас. %; 1 – предел прочности при сжатии,

2 – средняя плотность, 3 – водопоглощение

 

Установлено, что песчано-глинистые породы повышают прочность сырца в 3–4 раза. Это позволит улучшить формуемость сырьевой смеси, снизить брак в процессе формования, а также облегчит выпуск высокопустотных изделий. За счет высокой активности сырья возможно сокращение времени гидротермальной обработки силикатных материалов в автоклаве.

На основе изучаемого природного наноразмерного сырья можно получать эффективные ячеистые бетоны с низкими энергозатратами [4]. За счет высокой дисперсности сырья можно исключить ее предварительный помол при приготовлении сырьевой смеси. Время изотермической выдержки изделий в автоклаве в 2 раза меньше, чем для изделий на основе традиционного сырья.

По результатам экспериментов определены рациональные составы силикатных смесей, обеспечивающие получение теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного ячеистого бетона (табл. 1).

Таблица 1

Свойства автоклавного ячеистого бетона на основе

рациональных составов

Содержание СаОакт,

мас. %

Отношение кремнеземистого компонента

к вяжущему

Средняя плотность,

кг/м3

Прочность при сжатии,
МПа

Класс  прочности

Водонасыщение Wнас
 через 72 ч   испытаний,
в % по массе

Влажностная усадка,
 мм/м

Марка по морозостойкости

Коэффициент
теплопроводности,
Вт/(м·°С)

 

18

 

1,5:1

400

2,27

2,0

60,1

0,62

25

0,10

1,5:1

500

2,91

2,5

55,0

0,53

25

0,12

1,5:1

700

4,6

3,5

42,9

0,45

25

0,14

 

Песчано-глинистые породы, в зависимости от их минерального состава, имеют различную окраску, что позволяет использовать их в качестве пигментов для объемного окрашивания строительных материалов.

Таким образом, в качестве энергосберегающего сырья для производства плотных и поризованных автоклавных силикатных материалов можно использовать отложения начальной стадии процессов глинообразования, которые состоят из метастабильных минералов несовершенной структуры нанодисперсного уровня, тонкодисперсного кварца и аморфных минералов, что позволит улучшить физико-механические свойства автоклавных силикатных материалов. Сокращение энергозатрат на производство силикатного кирпича составит в пределах 20–25 % и ячеистобетонных изделий – 30–35 %.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Лесовик, В.С. Повышение эффективности производства строительных материалов с учетом генезиса горных пород [Текст]/ В.С. Лесовик. – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006. – 526 с.

2. Володченко, А.Н. Повышение эффективности производства автоклавных материалов [Текст] / А.Н. Володченко, В.С. Лесовик // Известия вузов. Строительство. – 2008. – № 9. – С. 10–16.