Строительство и архитектура/4.Современные строительные материалы

Студент Поспелов М.А., магистрант Черепанова И.А.

Белгородский государственный технологический

университет им. В.Г. Шухова, Россия

Повышение водостойкости стеновых материалов на основе песчано-глинистых пород

Главнейшей задачей, которую необходимо решать при разработке получении строительных материалов является придание им высокой и длительной прочности [1-5]. При этом к получаемому материалу, который предназначен для изготовления стеновых строительных изделий, предъявляют два основных требования. Во-первых, он должен после завершения периода твердения и структурообразования приобретать такую степень устойчивой и необратимой связности между частицами, при которой обеспечивается надежная сопротивляемость внешним нагрузкам без возникновения деформаций (прогиба и сдвига), превышающих допустимые пределы. Во-вторых, он должен в течение длительного времени противостоять напряжениям, возникающим от действия внешней среды, например от разбухания при увлажнении и замораживании, сохранять приобретенную им структуру при продолжительном увлажнении, повышении температуры и т.д.

Прочность связанных глинистых пород и их сопротивляемость воздействию природных факторов, необходимые для выполнения указанных требований, могут быть различными в зависимости от назначения и условий применения стеновых строительных материалов [6-10].

При связывании супесей, суглинков и глин главное внимание уделяют таким способам укрепления, которые обеспечивают высокую прочность этих пород в водонасыщенном состоянии, поскольку прочность уплотненных связных глин в сухом состоянии достаточно высока и без добавок вяжущих веществ.

Коренное улучшение свойств песчано-глинистых отходов возможно только на основе учета свойств и состава их тонкодисперсной части – поглощающего комплекса. Правильно используя адсорбционную способность глины, активно воздействуя на его тонкодисперсную часть добавками различных вяжущих веществ, можно создавать строительные материалы, отвечающие соответствующим техническим требованиям.

Указанный принцип активного воздействия на глину и использование свойств и особенностей ее тонкодисперсной части должен лежать в основе любых методов стабилизации глин [11-17]..

Песчано-глинистые породы представляют собой весьма сложные полиминеральные, полидисперсные системы с весьма разнообразной коллоидно-химической природой тонкодисперсной части. Физико-химическая и химическая активность глины в зависимости от ее природы и условий среды, создаваемой и изменяемой в процессе обработки, может быть полезной или, наоборот, агрессивной в отношении процессов структурообразования [18-24].

Эксперименты по связыванию песчано-глинистых пород известью совместно с жидким стеклом проводились на основе супеси региона КМА.

Использовалось натриевое жидкое стекло с плотностью 1,442 г/см3. Содержание извести в массе сухой смеси составляло 15%. Добавка жидкого стекла составляла 2, 5, 7 и 10% от массы сухой смеси. Формовочная влажность смеси литьевого способа формования составила 50%, полусухого прессования – 12–14%. Результаты приведены на рис. 5 и в табл. 4.

Полученные данные, свидетельствуют о том, что прочность образцов литьевого способа формования, содержащих 15% извести, при добавке 2% жидкого стекла увеличивается с 2,79 МПа до 3,77 МПа. При этом образцы сохранили водостойкость. Водопоглощение снизилось с 29,32% до 21,72%. Эксперименты с добавкой жидкого стекла 5, 7 и 10% не дали положительных результатов – образцы после пропаривания не набрали прочности.

Прочность образцов полусухого прессования повышается при увеличении добавки жидкого стекла до 7% возрастает с 11,82 МПа до 19,82 МПа. Водостойкость максимальна при добавке жидкого стекла 5–7%. Водопоглощение практически не изменяется.

Рис. 5. Предел прочности при сжатии образцов на основе супеси с 15% извести

в зависимости от добавки жидкого стекла:

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

Таблица 4

Физико-механические характеристики образцов

Физико-механические характеристики	Добавка жидкого стекла, %
	0	2	5	7	10
литьевого способа формования
Предел прочности при сжатии, МПа	2,79	3,77	–	–	–
Коэффициент размягчения	0,88	0,79	–	–	–
Средняя плотность, кг/м^3	1392	1403	–	–	–
Водопоглощение, %	29,32	21,72	–	–	–
полусухого прессования
Предел прочности при сжатии, МПа	11,82	14,38	17,30	19,82	17,68
Коэффициент размягчения	0,63	0,74	0,73	0,64	0,59
Средняя плотность, кг/м^3	1665	1642	1649	1626	1570
Водопоглощение, %	19,02	20,12	18,55	19,80	21,58

Таким образом, добавка жидкого стекла обеспечивает существенное повышение прочности по отношению к прочности образцов, содержащих ту же добавку извести.

При взаимодействии в глино-известковой смеси силиката натрия с гидроксидом кальция образуется, вероятно, однокальциевый гидросиликат, нерастворимый в воде. Кроме того, создающаяся при диссоциации гидроксида кальция щелочная среда способствует частичному растворению силикатов и алюминатов, находящихся в глине, и увеличивает общую емкость обмена породы, что способствует лучшему взаимодействию продуктов гидролиза и увеличению их цементирующей способности.

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

Литература

1. 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.

2. 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.

3. Лесовик В.С., Володченко А.А. Создание 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

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

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

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.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.

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

18. 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.

19. 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.

20. Володченко А.А., Сяо В. К вопросу повышения эксплуатационных характеристик силикатных материалов на нетрадиционном сырье / Приднепровский научный вестник. 2017. Т. 11. № 3. С. 016-018.

21. 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.

22. 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

23. 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.

24. 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.