Строительство и архитектура/4.Современные строительные материалы

магистрант Столетов А.А., магистрант Лашина И.В.

Белгородский государственный технологический

университет им. В.Г. Шухова, Россия

Свойства энергосберегающих стеновых материалов на основе алюмосиликатных пород и комплексного вяжущего

Одним из самых распространенных стеновых строительных материалов является силикатный кирпич и камни. Ведущее место в этой группе занимают силикатный кирпич и стеновые изделия из ячеистого бетона, которые по объему производства уступают лишь керамическому кирпичу и сборному желез.

Производство силикатных материалов во всем мире базируется на традиционной технологии, в которой главным сырьевым компонентом является кварцевый песок. Растворение компонентов и синтез гидросиликатов кальция при использовании традиционного сырья идет при высокой температуре, что определяет повышенную энергоемкость производства силикатных материалов.

Снизить затраты энергии на производство можно путем использования природного сырья которое подготовлено геологическими процессами для производства конкретного вида строительного материала [1-5]. Выбрать такое сырье можно только с учетом его генезиса, структурно-текстурных особенностей и минерального состава [6-11]. В зону горных работ при разработке месторождений полезных ископаемых попадают некондиционные с точки зрения строительного производства глинистые породы незавершенной стадии глинообразования, которые, можно использовать в качестве сырья для производства строительных материалов [12-16].

Для стабилизации глинистых пород можно использовать комплексные методы, при которых, как правило, используется несколько добавок, действие которых на породу может быть различным [17-20].

При прочих равных условиях глинистые породы (глины, суглинки, супеси), укрепленные цементом, дают значительный эффект в повышении прочности при добавке химических веществ, изменяющих коллоидно-химическую природу тонкодисперсной части грунта, улучшающих и ускоряющих процессы структурообразования [21-23].

В качестве добавок при комплексном укреплении грунтов с использованием цемента как основного вяжущего наиболее часто применяются следующие вещества, отличающиеся по характеру своего действия на грунт: известь, хлористый кальций, различные электролиты и т.д.

Для оптимизации процесса структурообразования и создания более высокоорганизованной структуры на макро-, микро- и наноуровне проведены исследования с использованием комплексного вяжущего из извести и портландцемента.

Содержание извести в массе сухой смеси составляло 5%, портландцемента – 5, 10, 15 и 20%. Формовочная влажность смеси литьевого способа формования составила 40%, полусухого прессования – 12–14%. Результаты экспериментов приведены на рис. 1 и в табл. 1.

Рис. 1. Предел прочности при сжатии образцов с 5% извести в зависимости
от содержания портландцемента:

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

При увеличении в известково-глинистой массе содержания цемента с 5 до 20% прочность образцов литьевого способа формования увеличивается с 3,67 МПа до 7,63 МПа (рис. 6 и табл. 5). При этом образцы с 10–20% цемента водостойки (коэффициент размягчения 0,72–0,88). У образцов с 5% цемента коэффициент размягчения ниже – 0,62. При этом образцы этого состава при нахождении в воде частично осыпались с поверхности.

Таблица 2

Физико-механические характеристики образцов на основе супеси
с 5% извести и портландцемента

Физико-механические характеристики	Содержание цемента, % от массы сухой смеси
	5	10	15	20
литьевого способа формования
Предел прочности при сжатии, МПа	3,67	4,70	5,99	7,63
Коэффициент размягчения	0,62	0,84	0,88	0,72
Средняя плотность, кг/м^3	1409	1434	1438	1451
Водопоглощение, %	24,32	25,95	24,67	18,68
полусухого прессования
Предел прочности при сжатии, МПа	14,38	19,44	20,99	26,43
Коэффициент размягчения	0,47	0,58	0,55	0,46
Средняя плотность, кг/м3	1705	1746	1746	1763
Водопоглощение, %	18,55	16,96	17,90	16,70

Прочность образцов полусухого прессования повышается при увеличении содержания портландцемента (рис. 1). Для образцов всех составов коэффициент размягчения составляет в пределах 0,46–0,58 (табл. 2).

В цементогрунте без извести ионы Ca²⁺, выделяющиеся при гидратации цемента, поглощаются глинистыми минералами, что нарушает нормальный ход гидролиза цемента и, соответственно, приводит к формированию структуры цементогрунта пониженной прочности и водостойкости. Добавка извести в цементогрунте с высоким содержанием глинистых минералов повышает прочность и устойчивость кристаллизационных структур, так как известь компенсирует в растворе образующийся недостаток ионов кальция.

Таким образом, введение извести ускоряет процесс твердения и увеличивает прочность цементогрунтовых смесей, но, вероятно, степень этого влияния будет зависеть от вещественного состава глинистых пород. Изучение процессов связывания грунтов и их структурно-механических свойств дает возможность регулирования этих процессов и направления их при определенных условиях в сторону формирования более прочной структуры с заданными свойствами [24].

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

Литература

1. 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.

2. 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.

3. Володченко А.А. Использование нетрадиционного глинистого сырья для получения силикатных материалов по энергосберегающей технологии / Успехи современного естествознания. 2015. № 1-4. С. 644-647.

4. 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.

5. 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.

6. Володченко А.А., Поспелов М.А. Влияние полифункционального алюмосиликатного сырья на процессы структурообразования силикатных систем / Уральский научный вестник. 2017. Т. 11. № 3. С. 039-041.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. Прасолова Е.О., Володченко А.А., Попов М.А., Гинзбург А.В. Анализ сырья для получения наномодификатора / В сборнике: Наукоемкие технологии и инновации Юбилейная Международная научно-практическая конференция, посвященная 60-летию БГТУ им. В.Г. Шухова (XXI научные чтения). 2014. С. 297-301.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

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

23. 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.

24. Лесовик В.С., Володченко А.А. Cоздание интеллектуальных композитов на основе положений геоники / В сборнике: Региональная научно-техническая конференция по итогам конкурса ориентированных фундаментальных исследований по междисциплинарным темам, проводимого Российским фондом фундаментальных исследований и Правительством Белгородской области Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. 2017. С. 145-155.