Технические науки/4.Современные строительные материалы
Д-р техн. наук Монтаев С.А., магистр техн. наук
Таскалиев А.Т.,
магистр техн. наук Жарылгапов С.М., канд. техн. наук
Адилова Н.Б. магистрант Монтаева Н.С.
Западно – Казахстанский аграрно – технический
университет
им. Жангир
хана, Республика Казахстан
Исследование физико – механических
свойств
легкого заполнителя – керамзита на
основе лессовидного суглинка
Одним из важных
направлений развития
промышленности строительных материалов по технологии керамики является
повышение номенклатуры и качества выпускаемых изделий при максимальном
использовании местного сырья [1-2].
Развитие мирового строительства неразрывно связано с
нарастающей тенденцией применения строительных материалов и конструкций, обеспечивающих
значительное снижение массы зданий и сооружений.
Одним из ведущих мест здесь принадлежит керамзиту,
который в свою очередь, могут успешно развиваться только при наличии достаточно
развитой и совершенной сырьевой базой для налаживания его производства [3].
Однако запасы
глин для производства керамзита в Казахстане весьма ограничены и поэтому основным сырьем для производства строительной керамики служит малопластичные лессовидные суглинки,
которые имеются во всех регионах [4].
Цель работы – проведения предварительных
экспериментальных исследований по использованию лессовидных суглинков для
получения керамзита в композиции с бентонитовыми глинами.
Для проведения экспериментальных исследований в
качестве сырьевых материалов использованы суглинок Чаганского месторождения и
бентонитовая глина Погодаевского
месторождения Западно - Казахстанской области. Суглинок Чаганского
месторождения содержит до 12% монтмориллонитового компонента, находящегося в
форме смешаннослойных образований и гидрослюдой и каолинитом.
Из кристаллических фаз в суглинке также содержится
кварц d/n=4,23; 3,34; 1,974; 1,813; 1,538*10-10м,
полевой шпат d/n=3,18; 2,286*10-10м,
кальцит d/n=3,02; 2,018; 1,912*10-10м и гематит d/n=1,839; 1,686; 1,590*10-10м.
По содержанию Al2O3 суглинок относится к группе кислого сырья, а по
огнеупорности к легкоплавким. По содержанию Fe2O3 к сырью с высоким содержанием красящих оксидов (табл.
1).
Глина Погодаевского месторождения по огнеупорным
свойствам относится к легкоплавким, по содержанию Fe2O3 к
глинам с высоким содержанием красящих оксидов, а по содержанию Al2O3
к группе кислого сырья (таб. 1).
Таблица 1 -Химический состав
бентонитовой глины Погодаевского и лессовидного суглинка Чаганского
месторождения ЗКО
|
Наименование сырья |
Содержание оксидов, мас.% |
|||||||
|
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
Fe2O3 |
SO3 |
Na2O |
п.п.п |
|
|
Погодаевское
месторождение |
61,51 |
17,06 |
2,27 |
3,21 |
6,36 |
1,27 |
3,57 |
6,75 |
|
Суглинок
Чаганского месторождения |
48,63 |
11,2 |
12,64 |
2,54 |
4,68 |
0,53 |
2,73 |
14,08 |
Таблица 2 - Пластичность
глинистых компонентов
|
Наименование глин |
Число пластичности |
Классификация по ГОСТ 9169-75 |
|
Глина Погодаевского месторождения |
26,5 |
высокопластичная |
|
Суглинок Чаганского месторождения |
11,5 |
умеренно-пластичный |
Минералогический состав глины представлен в основном монтмориллонитом
d/n=5,06; 4,46; 3,79; 3,06; 2,455; 2,28; 2,127; 1,977; 1,817; 1,675*10-10м.
Коэффициент
вспучиваемости бентонитовой глины составляет более 4,5, а суглинок относится
к категории невспучиваемых глин.
Исследуемая область составов композиций с
приведены в табл.3.
Таблица 3 - Исследуемые составы керамических масс для
получения керамзита
|
№ состава |
Содержание компонентов, масс % |
|
|
суглинок |
Бентонитовая глина |
|
|
1 |
50 |
50 |
|
2 |
60 |
40 |
|
3 |
70 |
30 |
|
4 |
80 |
20 |
Сырьевые материалы сначала высушивались и размалывались в лабораторной шаровой
мельнице до удельной поверхности 1300-1500 г/см2. Затем компоненты
отвешивались в нужных количествах и насухо перемешивались. После
чего в сухую смесь добавлялась вода. Из полученной смеси изготовлялись гранулы 10-20мм.
Отформованные изделия сушили в сушильном шкафу при t=100-110оС до постоянной массы. Обжиг
производили в электрической муфельной
печи с объемом 20л. На
начальном этапе термообработки до 500оС скорость подъема температуры
составляло 2,5-3,0оС в минуту затем до температуры 1150оС
скорость подъема температуры принимали 22,0-25,0оС. При данной
максимальной температуре образцы подвергались изотермической выдержке в течение
20-30 минут. По истечении времени изотермической выдержки образцы охлаждались в
отключенной печи до комнатной температуры.
Продукты обжига подвергались физико-механическим испытаниям согласно
ГОСТ 9758-86 Заполнители пористые неорганические для строительных работ.
Результаты экспериментальных исследований приведены в
табл.4.
Таблица 4 - Изменение физико-механических
свойств образцов в зависимости от состава и температуры обжига
|
№ составов |
Температура обжига, 0С |
Коэффициент вспучивания |
Средняя плотность, кг/м3 |
Марка по прочности, МПа |
|
Бентонито-вая глина |
1200 |
4,5-5,0
|
350-400 |
15-25 |
|
1 |
1150 |
3,6-3,7 |
550-600 |
50-75 |
|
2 |
1150 |
3,3-3,5 |
640-670 |
50-75 |
|
3 |
1150 |
2,8-3,0 |
710-770 |
75-100 |
|
4 |
1150 |
2,5-2,7 |
820-870 |
125-150 |
Как показывают результаты экспериментальных исследований с увеличением содержания бентонитовой
глины от 20,0% до 50,0%, наблюдается
общая тенденция снижения средней плотности образцов от 820-870 кг/м3 до
550-600 кг/м3 а
прочность гранул при сдавливании в цилиндре увеличивается по мере увеличения
содержания суглинка. Следует отметить, что с увеличением содержание
лессовидного суглинка наблюдается
увеличение толщины корки обожженных гранул.
Анализ изменения свойств образцов в зависимости от
состава композиции показали, что добавка бентонитовой глины в состав
лессовидных суглинков переводить суглинки с категории невспучивающих к
категории средневспучивающих глин. Кроме того присутствие лессовидных суглинков
в составе композиции для получения керамзита способствует повышению прочности
гранул 2,5-3 раза.
Таким образом, установлено возможность получения
керамзитового щебня с использованием низкокачественных невспучивающихся
лессовидных суглинков в композиции с бентонитными глинами.
Результаты полученных экспериментальных исследований
служат основой разработки ресурсо- и энергосберегающих технологий производства
керамзитового щебня с использованием местных лессовидных суглинков.
Литература:
1.Ботвина Л.М. Строительные материалы из лессовидных
суглинков. Ташкент.: Укитувчи, 1984. с.40.
2. Камалов С.А., Ли К.А. География размещения месторождений природных ископаемых Уральской
области и их народнохозяйственной применение.
Уральск: 1992. – 139 с.
3. Онацкий С.П. Производство керамзита. – 3-е изд.,
перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1987.- 333 с.: ил.
4.С.А.Монтаев, Ж.Т.Сулейменов «Стеновая керамика на основе
композиции техногенного и природного сырья Казахстана» Уральск: 2006 – 190 с.