Строительство и архитектура/4.Современные строительные материалы

магистрант Черепанова И.А., магистрант Столетов А.А.,

студент Поспелов М.А.

Белгородский государственный технологический

университет им. В.Г. Шухова, Россия

Строительные материалы гидратационного твердения

с применением глинистого сырья

На современном этапе развития строительного материаловедения особую актуальность приобретают задачи выпуска высокоэффективных стеновых материалов с улучшенными теплоизоляционными характеристиками, производство которых опирается на ресурсосберегающий, высокоэкологичный, универсальный принцип синтезного твердения и структурообразования искусственного камня из смесей доступных природных и техногенных щелочных и кислотных оксидов [1-3].

В современном строительстве широко используются стеновые силикатные материалы гидратационного твердения. Большая часть их производится на основе специально разрабатываемых для этих целей месторождений исходного сырья, в частности, кварцевого песка. В то же время по России общий объем отходов промышленности ежегодно составляет миллиарды тонн. На месторождении Курской магнитной аномалии (КМА) большую часть этого объема составляют попутно добываемые нетрадиционные для промышленности строительных материалов глинистые породы, спецификой которых является незавершенность процессов глинообразования [4-9].

Глинистые породы можно почти всегда найти на месте или вблизи возводимых построек, поэтому строительство из глинистых безобжиговых материалов является наиболее доступным и дешевым, не требующим подвоза большого количества строительных материалов.

Актуальной является задача разработка технологии получение материалов повышенной водостойкости на основе глин при невысоких температурах гидротермальной обработки или вообще без таковой за счет использования глинистых пород незавершенной стадии глинообразования, содержащих термодинамически неустойчивые минералы [10-15].

Создание эффективных методов связывания глинистых пород незавершенной стадии глинообразования, обеспечивающих оптимальное структурообразование и разработка технологии получения стеновых строительных материалов с повышенными техническими свойствами является весьма актуальным [16-23].

Для исследования использовалась глинистая порода, отобранная в Краснояружском районе. Проба глинистой породы предоставлена АО “Белгородгеология”. Гранулометрический состав породы представлен в табл. 1.

Таблица 1

Гранулометрический состав глинистой породы Краснояружского района

Содержание фракций в %, размер сит, мм
более 0,315	0,315– 0,20	0,20– 0,125	0,125– 0,10	0,10– 0,05	0,05– 0,04	0,04– 0,01	0,01– 0,005	менее 0,005
1,3	2,95	5,10	6,35	12,90	5,82	42,95	5,70	16,93

Эксперименты по связыванию породы цементом проводили на образцах полученных методом литьевого способа формования и полусухого прессования. Содержание портландцемента в массе сухой смеси составляло 5, 10, 15 и 20%. Формовочная влажность смеси литьевого способа формования составила 38–40%, полусухого прессования – 12–14%. Образцы пропаривали при 90°С в течение 12 час. Результаты экспериментов приведены на рис. 1 и в табл. 2.

Как видно из полученных данных (рис. 1, табл. 2) для образцов литьевого способа формования с увеличением содержания портландцемента с 5 до 20% предел прочности при сжатии возрастает с 1,8 до 7,6 МПа. Средняя плотность увеличивается незначительно – с 1359 до 1483 кг/м³.

У образцов с 5 и 10% цемента в воде наблюдалось частичное разрушение поверхности. Это указывает на то, что 5–10% портландцемента недостаточно для стабилизации глинистой массы для литьевых изделий. Образцы с 15 и 20% портландцемента обладают водостойкостью – коэффициент размягчения составил соответственно 0,59 и 0,9.

Рис. 1. Предел прочности при сжатии в зависимости от содержания портландцемента:

1 – образцы полусухого формования; 2 – образцы литьевого способа формования

Таблица 2

Физико-механические характеристики образцов

Физико-механические характеристики	Содержание цемента, % от массы сухой смеси
	5	10	15	20
литьевого способа формования
Предел прочности при сжатии, МПа	1,8	3,7	4,2	7,6
Коэффициент размягчения	0	0	0,59	0,90
Средняя плотность, кг/м^3	1359	1388	1412	1483
Водопоглощение, %	–	–	27,0	24,8
полусухого прессования
Предел прочности при сжатии, МПа	12,4	21,0	26,8	29,5
Коэффициент размягчения	0,34	0,50	0,65	0,61
Средняя плотность, кг/м^3	1864	1895	1870	1844
Водопоглощение, %	14,5	14,7	12,5	12,0

У образцов с 5 и 10% цемента в воде наблюдалось частичное разрушение поверхности, хотя образцы в целом и сохранили свою форму. При этом они потеряли прочность в водонасыщенном состоянии. Это указывает на то, что 5–10% портландцемента недостаточно для стабилизации глинистой массы для литьевых изделий. Образцы с 15 и 20% портландцемента обладают водостойкостью – коэффициент размягчения составил соответственно 0,59 и 0,9.

Прочность образцов полусухого прессования существенно выше, чем литьевого (табл. 2). Прочность увеличивается с 12,4 до 29,5 МПа. Коэффициент размягчения изменяется от 0,25 до 0,65.

Таким образом установлено, что изучаемые породы могут быть применены в качестве сырья для получения окрашенных силикатных стеновых материалов гидротермального твердения. Стеновые материалы, формуемые литьевым способом, могут применяться в качестве конструкционного материала (не несущие конструкции) внутри малоэтажных зданий и сооружений. Стеновые материалы, получаемые методом полусухого прессования в силу своей более высокой прочности могут использоваться в несущих конструкциях в малоэтажном и многоэтажном строительстве.

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

Литература

1. Лесовик В.С., Загороднюк Л.Х., Чулкова И.Л., Толстой А.Д., Володченко А.А. Cродство структур как теоретическая основа проектирования композитов будущего / Строительные материалы. 2015. № 9. С. 18-22.

2. Лесовик В.С., Володченко А.А. К проблеме техногенного метасоматоза в строительном материаловедении / Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2015. № 4. С. 38-41.

3. Загороднюк Л.Х., Лесовик В.С., Глагоев Е.С., Володченко А.А., Воронов В.В., Кучерова А.С. Теоретические основы создания сухих строительных смесей / Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 9. С. 40-52.

4. Volodchenko A.A., Lesovik V.S., Zagorodnjuk L.H., Volodchenko A.N. Influence of the inorganic modifier structure on structural composite properties / International Journal of Applied Engineering Research. 2015. Т. 10. № 19. С. 40617-40622.

5. Володченко А.А., Загороднюк Л.Х., Прасолова Е.О., Чхин С. Нетрадиционное глинистое сырье как компонент неорганических дисперсных систем / Вестник МГСУ. 2014. № 9. С. 67-75.

6. Лесовик В.С., Володченко А.А. Влияние состава сырья на свойства безавтоклавных силикатных материалов / Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2013. № 1. С. 10-15.

7. Володченко А.А., Лесовик В.С., Чхин С. Стеновые материалы на основе нетрадиционного сырья / Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2014. № 5. С. 53-57.

8. Lessowik W.S., Potapow W.W., Alfimowa N.I., Elistratkin M.J., Wolodchenko A.A. Nanodisperse modificators for building material engineering / В сборнике: 19-te Internationale baustofftagung ibausil 2015. 2015. С. 487-493.

9. Володченко А.А., Загороднюк Л.Х. Нетрадиционное сырье для стеновых материалов Международный научно-исследовательский журнал. 2014. № 9 (28). С. 27-29.

10. Лесовик В.С., Володченко А.А. Долговечность безавтоклавных силикатных материалов на основе природного наноразмерного сырья / Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2011. № 2. С. 6-11.

11. Lesovik V.S., Zagorodnjuk L.H., Volodchenko A.N., Aleksandrovna K.A. The control of building composite structure formation through the use of multifunctional modifiers Volodchenko A.A. / Research Journal of Applied Sciences. 2016. Т. 10. № 12. С. 931-936.

12. Volodchenko A.A., Lesovik V.S., Volodchenko A.N., Glagolev E.S., Zagorodnjuk L.H., Pukharenko Y.V. Composite performance improvement based on non-conventional natural and technogenic raw materials / International Journal of Pharmacy and Technology. 2016. Т. 8. № 3. С. 18856-18867.

13. Володченко А.А., Лесовик В.С., Чхин С. Повышение эксплуатационных характеристик стеновых материалов / Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2014. № 3. С. 29-34.

14. Лесовик В.С., Володченко А.А. Долговечность безавтоклавных силикатных материалов на основе природного наноразмерного сырья / Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2011. № 2. С. 6-11.

15. Lesovik V.S., Volodchenko A.A., Svinarev A.V., Kalashnikov N.V., Rjapuhin N.V. Reducing energy intensity of production of non autoclave wall materials / World Applied Sciences Journal. 2014. Т. 31. № 9. С. 1601-1606.

16. Володченко А.Н., Лесовик В.С., Алфимов С.И., Володченко А.А. Регулирование свойств ячеистых силикатных бетонов на основе песчано-глинистых пород // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2007. № 10. С. 4-10.

17. Zagorodnjuk L.H., Lesovik V.S., Volodchenko A.A., Yerofeyev V.T. Optimization of mixing process for heat-insulating mixtures in a spiral blade mixer / International Journal of Pharmacy and Technology. 2016. Т. 8. № 3. С. 15146-15155.

18. Volodchenko A.A., Lesovik V.S., Volodchenko A.N., Zagorodnjuk L.H. Improving the efficiency of wall materials for «green» building through the use of aluminosilicate raw materials / International Journal of Applied Engineering Research. 2015. Т. 10. № 24. С. 45142-45149.

20. Прасолова Е.О., Лесовик В.С., Володченко А.А. Неорганический наномодификатор для ячеистых бетонов / В сборнике: Теоретические и прикладные вопросы науки и образования сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции: в 16 частях. 2015. С. 123-124.

21. Zagorodnjuk L.H., Lesovik V.S., Volodchenko A.A. To the question of dry mortars components mixed in various mixing units / International Journal of Applied Engineering Research. 2015. Т. 10. № 24. С. 44844-44847.

22. Wolodtschenko A.A., Lessowik W.S. Рydraulisch erhärtende "grüne" verbundwerkstoffe auf basis energiesparender tone / В сборнике: 19-te Internationale baustofftagung ibausil 2015. 2015. С. 1351-1356.

23. Володченко А.А., Загороднюк Л.Х., Прасолова Е.О., Ахмед Ахмед А.А., Кулик Н.В., Коломацкий А.С. Проблема рационального природопользования / Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2014. № 6. С. 7-10.