Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕТРАДИЦИОННОГО ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛИКАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ

Володченко А.А. 1
1 ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова»
Исследование сырьевой базы силикатных материалов позволило теоретически обосновать и экспериментально подтвердить возможность управления процессами структурообразования при гидротермальной обработке с целью получения стеновых материалов с низкими энергозатратами. Использование нетрадиционных для силикатных материалов глинистых пород в производстве стеновых силикатных материалов повышает прочность сырца в 4–5 раз, что облегчает выпуск высокопустотных изделии и существенно расширяет ассортимент выпускаемых изделий.
нетрадиционные глинистые породы
прочность сырца
стеновые материалы
энергосберегающее сырье
1. Ключникова Н.В., Лымарь Е.А., Юрьев А.М. Особенности создания композитов строительного назначения на основе металлической матрицы и неметаллического наполнителя // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2003. – № 5. – С. 61.
2. Ключникова Н.В., Лымарь Е.А., Юрьев А.М. Строительные материалы на основе металлической матрицы и неметаллического наполнителя // Успехи современного естествознания. – 2003. – № 12. – С. 79.
3. Ключникова Н.В., Лымарь Е.А., Юрьев А.М. Перспективность использования металло-композитов на предприятиях энергетического профиля // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2004. – № 8. – С. 26.
4. Ключникова Н.В., Лымарь Е.А. Влияние металлического наполнителя на стадии структурообразования композиционных материалов на основе керамической матрицы // Стекло и керамика. – 2005. – № 10. – С. 19.
5. Ключникова Н.В., Лымарь Е.А. Конструкционная металлокерамика – один из перспективных материалов современной техники // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2005. – № 9. – С. 111.
6. Klyuchnikova N.V., Lymar’ E.A. The effect of metal filler on structure formation of composite materials // Glass and Ceramics. – 2005. – Т. 62, № 9–10. – С. 319–320.
7. Klyuchnikova N.V., Lymar’ E.A. Production of metal composite materials // Glass and Ceramics. – 2006. – Т. 63, № 1–2. – С. 68–69.
8. Klyuchnikova, N.V. Interaction between components at metal composites production // European Journal of Natural History. – 2007. – № 6. – С. 110–111.
9. Ключникова Н.В. Влияние металлического компонента на свойства керамометаллических композитов // Сборник научных трудов Sworld. – 2013. – Т. 39, № 2. – С. 54–60.
10. Ключникова Н.В. Рентгенофазовый анализ композиционных материалов на основе глин // Сборник научных трудов Sworld. – 2013. – Т. 7, № 1. – С. 3–10.
11. Ключникова Н.В. Исследование физико-механических свойств керамометаллического композита // Сборник научных трудов Sworld. – 2013. – Т. 7, № 1. – С. 10–15.
12. Klyuchnikova N.V. Modification of components used for making a metal-ceramic composite // Последние тенденции в области науки и технологий управления. – 2013. – Т. 1. – С. 192–197.
13. Ключникова Н.В. Эксплуатационные характеристики строительных композиционных материалов // Сборник научных трудов Sworld. – 2013. – Т. 50, № 3. – С. 3–8.
14. Klyuchnikova N.V. Ceramic composites properties control using metal filler // Наука и общество. – 2013. – Т. 1. – С. 111–115.
15. Klyuchnikova N.V. New building materials on the basis of various components // Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. – 2014. – № 7–8. – С. 100–103.
16. Ключникова Н.В. Адаптация поверхности глинистого компонента к металлической составляющей // Сборник научных трудов Sworld. – 2014. – Т. 36, № 1. – С. 24–31.
17. Ключникова Н.В. Особенности создания композиционных материалов с использованием разнородных компонентов // Актуальные вопросы современной науки. – 2014. – № 34. – С. 168–176.
18. Ключникова Н.В. Композиционные системы с металлическими компонентами // Сборник научных трудов Sworld. – 2014. – Т. 19, № 1. – С. 12–18.
19. Алфимова Н.И., Шаповалов Н.Н., Абросимова О.С. Эксплуатационные характеристики силикатного кирпича, изготовленного с использованием техногенного алюмосиликатного сырья // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2013. – № 3. – С. 11–14.
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.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.
22. Володченко А.Н., Лесовик В.С. Реологические свойства газобетонной смеси на основе нетрадиционного сырья // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2012. – № 3. – С. 45–48.
23. Володченко А.Н., Лесовик В.С. Автоклавные ячеистые бетоны на основе магнезиальных глин // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2012. – № 5. – С. 14–21.
24. Володченко А.Н. Магнезиальные глины – сырье для производтва автоклавных ячеистых бетонов // Сборник научных трудов Sworld. – 2013. – Т. 43, № 1. – С. 3–7.
25. Володченко А.Н. Влияние песчано-глинитых пород на пластичность газобетонной массы // Сборник научных трудов Sworld. – 2013. – Т. 43, № 1. – С. 7–10.
26. Володченко А.Н. Влияние глинистых минералов на свойства автоклавных силикатных материалов // Инновации в науке. – 2013. – № 21. – С. 23–28.

В связи с ростом темпов строительства индивидуального жилья все большее значение приобретают задачи увеличения производства и расширение номенклатуры мелкоштучных стеновых материалов. Одним из наиболее распространенных стеновых материалов является силикатный кирпич, для производства которого по традиционной технологии используется кварцевый песок и известь. Анализ сырьевых ресурсов производства силикатных материалов позволил обосновать возможность использования в качестве сырья нетрадиционных для стройиндустрии песчано-глинистых пород.

Глинистое вещество имеет сложный химический и минеральный состав. В последние десятилетия с использованием современных методов исследования были детально изучены структуры глинистых минералов и их свойства. Было установлено, что элементарные слои и пространства между ними в глинистой системе являются наноразмерными и обладают активной высокоразвитой поверхностью. Если отделить нанокристаллы друг от друга физическим или химическим способом, то получается универсальный модификатор, расстояние, между пластинами которого около 1 нм (рис. 1).

volod1.tif

Рис. 1. Слои плоских нанокристаллов каодинита, РЭМ: ×180000

Из всего многообразия глинистых пород, отличающихся по своему составу и свойствам, промышленность использует лишь незначительную часть, которая соответствует действующим нормативно-техническим документам. Глины используются для производства цемента, керамзита, минеральной ваты, керамических материалов, а также на их основе можно получать современные композиционные материалы – металлокомпозиты [1–18].

За счет использования нетрадиционных глинистых пород в производстве стеновых материалов возможен переход от традиционного сырья к получению композиционного вяжущего на основе природного нанодисперсного сырья, что позволяет ускорить синтез новообразований, изменить их морфологию, оптимизировать микроструктуру цементирующего соединения и, соответственно, улучшить физико-механические показатели силикатных материалов [19–26]. Породы данного состава широко распространены на территории Российской Федерации. Они не соответствует нормативным требованиям к сырью, пригодному для производства строительных материалов, но их вещественный состав и наличие термодинамически неустойчивых соединений позволит получать эффективные строительные композиты с низкими энергозатратами.

При производстве изделий методом полусухого прессования сырец подвергается механическим воздействиям, что приводит к браку в процессе формования. Использование в качестве сырья глинистых пород позволит повысить прочность сырца и облегчить выпуск высокопустотных стеновых материалов.

Цель исследования

Изучение влияния нетрадиционного сырья, представленного глинистыми породами незавершенной стадии глинообразования на структурообразование и свойства силикатных мтаериалов, получаемых по энергосберегающей технологии.

Материалы и методы исследования

В качестве объекта исследований были использованы породы Курской магнитной аномалии, которые отличаются по своему составу. По числу пластичности одна порода классифицирована как супесь, а две породы как суглинок. Исследуемое сырье это рыхлые породы коричневого цвета. В породах преобладает пелитовые и алевритовые частицы. В супеси содержание пелитовой фракции составляет 22,63 мас. %, в суглинке № 1 и № 2 соответственно 39,0 и 51,05 мас. %. Содержание псаммитовой фракции для супеси составляет 15,7 мас. %, для суглинков от 0,2 до 0,55 мас. %. В породах большом количестве содержится тонкодисперсный слабоокатанный кварц. Минеральный состав пелитовой фракции исследуемых пород представлен каолинитом, монтмориллонитом, гидрослюдой и смешаннослойными образованиямит (рис. 2).

volod2.tif

Рис. 2. Рентгенограммы песчано-глинистых пород: 1 – супесь; 2 – суглинок № 1; 3 – суглинок № 2


В качестве вяжущего использовали молотую известь и известково-песчано-глинистое вяжущее (ИПГВ), полученное путем совместного помола извести и породы. Соотношение известь:супесь в ИПГВ составляла 1:2, удельная поверхность – 7700 см2/г. Сырьевые смеси готовили путем перемешивания используемого вяжущего с исходной породой. Содержание извести в сырьевых смесях изменяли от 4 до 14 мас. %. Образцы формовали из сырьевой смеси влажностью 10 % при давлении прессования 20 МПа, которое принятии в технологии традиционного силикатного кирпича.

Результаты исследования и их обсуждение

Полиминеральный состав песчано-глинистых пород и их термодинамическая неустойчивость предопределяет возможность синтеза цементирующих соединений при взаимодействии с известью при гидротермальной обработке без давления и, соответственно, получать стеновые силикатные материалы с низкими энергозатратами. Изучено влияние содержания извести на прочность сырца на основе ИПГВ. Прочность сырца на основе традиционного известково-песчаного вяжущего составила 0,41 МПа.

Использование в качестве кремнеземсодержащего сырья песчано-глинистых пород существенно повышает прочность сырца, причем с увеличением содержания извести прочность возрастает (рис. 3).

volod3.wmf

Рис. 3. Влияние содержания извести на прочность сырца: порода: 1, 2 – супесь; 3 – суглинок № 1; 4 – суглинок № 2; вяжущее: 1, 3, 4 – известь; 2 – ИПГВ

 

 

Использование в сырьевой смеси супеси при содержании извести в количестве 10 % по массе позволяет получить сырец с прочностью 1,85 МПа, что выше прочности контрольных образцов в 4,3 раза. Прочность сырца на основе ИПГВ (содержание извести 10 мас. %) повышается в 4,9 раз.

Суглинки обеспечивают более высокую прочность сырца, чем супесь. Это связано с тем, что породы содержат повышенное содержание пелитовой фракции. Предел прочности при сжатии для суглинка № 1 и 2 при содержании извести 10 мас. % увеличивается соответственно 5,3 и 5,7 раз. Значительное повышение прочности сырца связано с наличием высокодисперсных частиц, в том числе и наноразмерного уровня за счет песчано-глинистых пород. Эти частицы, заполняя пустоты, уплотняют структуру материала. Натяжения жидкости в мельчайших капиллярах, образованных при сближении дисперсных частиц смеси, создает значительные удельные давления, за счет чего прочность сырца повышается.

В условиях пропарки при температуре 90–95 °С за счет взаимодействия термодинамически неустойчивых породообразующих минералов песчано-глинистых пород синтезируются новообразования, представленные слабоокристаллизованными гидросиликатами кальция и гидрогранатами, формирующие рациональную структуру цементирующего соединения, обеспечивающие высокие физико-механические показатели силикатных материалов.

Заключение

Использование нетрадиционного сырья, которое представлено песчано-глинистыми породами незавершенной фазы глинообразованияв производстве силикатных материалов позволит улучшить процесс формования сырьевой смеси и повысить прочность сырца в 4–5 раз. Тонкодисперсные породообразующие минералы глинистых пород, заполняя пустоты, уплотняют структуру композитного материала. Натяжения жидкости в мельчайших капиллярах, образованных при сближении дисперсных частиц смеси, создает большое удельное давление, что приводит к существенному повышению прочности сырца. Это позволит снизить брак в процессе формования и облегчит выпуск высокопустотных изделий широкой номенклатуры по энергосберегающей технологии.

Статья подготовлена в рамках выполнения научного проекта РФФИ № 14-41-08002 «Теоретические основы проектирования и создания интеллектуальных композитов с заданными свойствами» от 17.10.2014 г.


Библиографическая ссылка

Володченко А.А. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕТРАДИЦИОННОГО ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛИКАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 1-4. – С. 644-647;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=34871 (дата обращения: 21.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074