Строительство и архитектура/4.Современные строительные материалы

К.т.н., доц. Володченко А.А.

Белгородский государственный технологический

университет им. В.Г. Шухова, Россия

Стеновые строительные материалы для зеленого строительства на основе нетрадиционного глинистого сырья*

В настоящее время одним из фундаментальных направлений развития строительного материаловедения является создание новых технологий производств композитов, рациональное природопользование, энергоэффективность и развитие зеленых технологий.

Один из распространенных стеновых строительных материалов – силикатный кирпич и камни. С точки зрение экономической эффективности технология производства силикатного кирпича отличается от технологии производства глиняного кирпича. Силикатный кирпич и камни применяется для возведения несущих стен и в качестве облицовочных материалов для облицовки стен, а также для восстановления и реконструкции зданий различного назначения. В традиционной технологии силикатных материалов, основным сырьевым компонентом выступает кварцевый песок. Из-за низкой прочности сырца, при использовании традиционного сырья, вызывает получение энергосберегающих высокопустотных изделий нового поколения.

Для решения данной проблемы необходим новый подход в технологии получения силикатных материалов, смысл которого переход от традиционного сырья к использованию нетрадиционных глинистых пород и получению на их основе композиционного вяжущего, что обеспечит получение высоких показателей изделий, за счет создания высокоорганизованной структуры материла.

Исследуемые глинистые породы представляют собой заключительную последнюю стадию выветривания алюмосиликатных пород [1-3]. Из всего многообразия подобных отложений в промышленности строительных материалов используется лишь малая часть, соответствующая требования нормативных документов. Данные глинистые породы не используются при производстве портландцементного клинкера и керамических изделий, так как их состав не соответствует требованием нормативных документов для производства строительных материалов, но в силу особенностей химического и минерального состава представляют интерес в технологии производства стеновых строительных материалов для зеленого строительства [4-5].

Целью настоящей работы является получение эффективных стеновых силикатных материалов для зеленого строительства по энергосберегающей технологии, в условиях пропарки, с учетом особенностей процессов структурообразования в системах на основе нетрадиционного алюмосиликатного сырья [6].

На территории Курской магнитной аномалии распространены глины разнообразного вещественного состава и технологических свойств. Для исследований были использованы две глинистые породы, одна месторождения Краснояружского района, и одна Ворсклинского участка. Пробы глин предоставлены АО «Белгородгеология». По размеру преобладают алевритовые и пелитовые частички. Основная масса материала имеет пелитоморфномикрочешуйчатое строение, неравномерно окрашена органическим веществом и гидроокислами железа. Содержание карбонатов во включениях составляет до 5 мас. %. Содержание псаммитовых частиц для Ворсклинских глины находится в пределах 0,2–0,5 мас. %, для Краснояружской – 15,7 мас. %. Четкой закономерности в распределении этого вида включений по фракциям не наблюдается, но чаще всего основное количество карбонатов входит в самую крупную фракцию.

Полиминеральный состав песчано-глинистых пород и их термодинамическая неустойчивость предопределяют возможность взаимодействия с известью с образованием цементирующих соединений при гидротермальной обработке без давления и, соответственно, получения стеновых силикатных материалов с низкими энергозатратами.

Микроструктуру супеси (рисунок 1) можно охарактеризовать как скелетную.

а		б
Рисунок 1 – Микроструктура супеси, РЭМ: а – ×5000: б – ×20000

Образцы готовили методом полусухого прессования. Содержание молотой извести в сырьевой смеси составляло 5, 10, 15, 20 и 25 мас. %. Известь мололи до полного прохождения через сито № 02. Формовочная влажность смеси, в зависимости от содержания извести, составила – 12–14 %. Полусухое прессование проводили при давлении 10 МПа. Образцы подвергали гидротермальной обработке в пропарочной камере при температуре 90–95 °С по режиму 1,5+9+1,5 ч. Результаты экспериментов приведены в таблицах 1-2.

Таблица 1 – Физико-механические характеристики образцов полусухого прессования на основе Кроснояружской супеси

Физико-механические	Содержание извести, мас. %
характеристики	5	10	15	20	25
Предел прочности при сжатии, МПа	11,50	14,06	11,82	9,59	8,80
Коэффициент размягчения	0,65	0,76	0,77	0,75	0,70
Средняя плотность, кг/м^3	1685	1670	1665	1580	1555
Водопоглощение, %	13,15	13,85	16,56	17,97	18,52

Таблица 2 – Физико-механические характеристики образцов полусухого прессования на основе Ворсклинского суглинка

Физико-механические	Содержание извести, мас. %
характеристики	5	10	15	20	25
Предел прочности при сжатии, МПа	9,13	14,38	15,35	16,52	14,19
Коэффициент размягчения	0,68	0,71	0,79	0,73	0,54
Средняя плотность, кг/м^3	1715	1655	1660	1600	1555
Водопоглощение, %	13,85	14,20	15,18	17,32	19,36

Прочность образцов полусухого способа прессования доходит до 17 МПа. Для супеси максимальная прочность 14,06 МПа соответствует содержанию извести 10 мас. % (см. табл. 1). Увеличение содержание последней до 25 мас. % снижает прочность до 8,80 МПа. Максимальную водостойкость имеют образцы с 10 и 15 мас. % извести (коэффициент размягчения 0,76 и 0,77).

Для суглинка наиболее резкое увеличение прочности с 9,13 до 14,38 МПа происходит с изменением содержания извести с 5 до 10 мас. % (см. см. табл. 2). Далее прочность увеличивается незначительно и достигает максимума 16,52 МПа с 20 мас. % извести. Все эти образцы имеют хорошую водостойкость. Повышение содержания извести более 20 мас. % резко снижает прочность и водостойкость.

Новообразования, представленные слабоокристаллизованными низкоосновными гидросиликатами кальция (рисунок 2), образуя сетку, заполняют анизотропные поры между реликтовой структурой глинистого вещества, уплотняют его и создают более плотный материал. В этом случае формируется кристаллизационная структура. За счет увеличения плотности упаковки материала, что придает изделиям более высокую среднюю плотность и прочность при сжатии, достигается более прочная микроструктура материала.

Рисунок 2 – Рентгенограммы образцов, полученных прессованием, на основе супеси с содержанием 10 мас. % извести

Таким образом показано, что исследуемые глинистые породы региона КМА могут быть использованы в качестве сырья при производстве стеновых силикатных материалов для зеленого строительства по энергосберегающей технологии. Использование подобного сырья позволяет ускорить синтез новообразований. Учет влияния минералогического состава породы на свойства сырьевой смеси, в частности на ускорение разрушения кремнеземистых компонентов сырьевой смеси, за счет содержания в породе метастабильных минералов несовершенной структуры, позволит получать изделия со стабильными свойствами.

*Статья подготовлена в рамках программы развития опорного университета на базе БГТУ им. В.Г. Шухова на 2017-2021 годы.

Литература

1. Лесовик В.С., Строкова В.В., Володченко А.А. Влияние наноразмерного сырья на процессы структурообразования в силикатных системах // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2010. № 1. С. 13–17.

2. Володченко А.Н. Алюмосиликатное сырье для получения ячеистых бетонов // Международный научно-исследовательский журнал. 2014. № 7-1 (26). С. 36-38.

3. Володченко А.Н., Воронцов В.М., Голиков Г.Г. Влияние парагенезиса «кварц-глинистые минералы» на свойства автоклавных силикатных материалов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2000. № 10. С. 57-60.

4. 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.

5. Кара К.А. Изучение размолоспособности кварцсодержащих добавок как компонента композиционных вяжущих // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 5. С. 45-52

6. Володченко А.Н., Жуков Р.В., Фоменко Ю.В., Алфимов С.И. Силикатный бетон на нетрадиционном сырье // Бетон и железобетон. 2006. № 6. С. 16-18.