СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ В БЕЗАВТОКЛАВНЫХ СИЛИКАТНЫХ МАТЕРИАЛАХ НА ОСНОВЕ ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ | Опубликовать статью ВАК, РИНЦ

Володченко А.А.¹, Загороднюк Л.Х.²

¹Младший научный сотрудник, кандидат технических наук, ²кандидат технических наук, доцент, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

Статья подготовлена в рамках выполнения базовой части гос. задания Минобрнауки России г/б НИР № 1978 от 31.01.2014 г.

СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ В БЕЗАВТОКЛАВНЫХ СИЛИКАТНЫХ МАТЕРИАЛАХ НА ОСНОВЕ ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ

Аннотация

Установлено, что песчано-глинистые породы за счет содержащихся в них глинистых минералов и тонкодисперсного кварца взаимодействует с известью в условиях пропарки с образованием цементирующих соединений.  За счет этого формируется прочная кристаллизационная структура, обеспечивающая высокие физико-механические показатели безавтоклавных силикатных материалов.

Ключевые слова: известь, песчано-глинистые породы, структурообразование, безавтоклавные силикатные материалы.

Volodchenko A.A., Zagorodnjuk L.H.²

¹Junior researcher, PhD of Technical Siences, ²PhD of Technical Siences Associate Professor, Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov,

THE STRUCTURE FORMATION OF NON-AUTOCLAVE SILICATE  MATERIALS BASED ON CLAY MATERIALS

Abstract

It has been established that the sand-clay rocks due to they contain clay minerals and finely divided silica reacts with lime under steaming  with formation cementitious compounds. Thereby forming a solid crystallization structure providing high physical and mechanical non-autoclave silicate materials.

Keywords: lime, sand-clay rocks, structure formation, non-autoclave silicate materials.

В современных условиях на первый план выходят задачи увеличения производства и расширения области применения высокоэффективных стеновых строительных материалов, для изготовления которых используются промышленные отходы и местное сырье. Для решения этой задачи применительно к технологии производства силикатных материалов  необходим переход от традиционного сырья к получению композиционного вяжущего с использованием алюмосиликатного сырья, которое будет способствовать целенаправленному синтезу цементирующего вещества с оптимальной микроструктурой.

На основе анализа сырьевой базы производства силикатных материалов был сделан вывод о пригодности использования для этих целей песчано-глинистых пород незавершенной стадии глинообразования, в частности, попутно извлекаемых песчано-глинистых пород региона Курской магнитной аномалии (КМА).

Глины являются продуктами заключительной фазы выветривания алюмосиликатных пород, на конечной стадии которой образуются глины преимущественно каолинитового и монтмориллонитового состава. Эти глины широко используются для производства керамических материалов, цемента, керамзита, а также на их основе можно получать новые композиционные материалы – металлокомпозиты [1–24].

Минеральный состав отложений незавершенной фазы глинообразования представлен такими термодинамически неустойчивыми соединениями как тонкодисперсный слабоокатанный кварц, смешаннослойные образования, несовершенная гидрослюда, Ca²⁺монтмориллонит, неупорядоченный каолинит и рентгеноаморфная фаза. Использование этих пород в качестве сырья для производства автоклавных силикатных материалов позволяет оптимизировать состав цементирующего соединения и, соответственно, улучшить физико-механические свойства силикатных изделий  [25–34].

В процессе выветривания природные процессы выполнили часть работы по дезинтеграции исходных алюмосиликатных пород, за счет чего, вероятно, возможен синтез цементирующих соединений при взаимодействии породообразующих минералов с известью не только в условиях автоклавирования, но в условиях пропарки, что явилось целью данных исследований.

В качестве объектов исследования были использованы песчано-глинистые породы региона КМА, представленные супесью и суглинком. В состав пелитовой фракции пород входит монтмориллонит, гидрослюда, каолинит и смешаннослойные образованиями типа гидрослюда-монтмориллонит.

Показано, что использование в качестве сырья песчано-глинистых пород и извести позволяет получать силикатные материалы полусухого способа формования с пределом прочности при сжатии до 29 МПа. Оптимальное содержание извести составляет 10 мас. %. Для повышения долговечности силикатных материалов можно использовать вяжущее на основе извести и цемента.

Установлено, что породообразующие минералы песчано-глинистых пород активно взаимодействует с известью в условиях пропарки при температуре до 95 °C. При этом протекают химические процессы, в результате которых синтезируется комплексное вяжущее, образующее прочный каркас. Новообразования представлены преимущественно слабоокристаллизованными гидросиликатами кальция типа CSH(B). Синтез гидросиликатов кальция протекает за счет взаимодействия извести с тонкодисперсным кварцем и глинистыми минералами.  В образцах также зафиксировано образование гидрогранатов состава C₃AS_xH_6–2x. В процессе взаимодействия глинистых минералов с гидроксидом кальция в условиях пропарки ослабляются связи между кремнекислородными тетраэдрами и атомами алюминия в кристаллической решетке глинистого минерала, в результате чего глинозем и кремнезем приобретают способность вступать во взаимодействие с гидроксидом кальция с образованием гидросиликатов кальция и гидрогранатов.

Электронномикроскопические исследования показали, что в образцах формируется кристаллизационная структура (рис. 1). В структуре прослеживается сетка из новообразований, представляющие собой слабоокристаллизованныенизкоосновные гидросиликаты кальция.

Рис. 1 – Микроструктура образцов на основе песчано-глинистого сырья, РЕМ: а – ´1000; б – ´9500

Можно сделать вывод, что при использовании песчано-глинистого сырья образуется прочная микроструктура за счет высокой плотности упаковки материала, а также увеличения числа контактов вследствие синтеза гидрогранатов, являющиеся микронаполнителем в субмикрокристаллической гелевидной фазе из низкоосновных гидросиликатов кальция.

Таким образом, песчано-глинистые породы незавершенной стадии глинообразования за счет породообразующих минералов активно взаимодействуют с известью в условиях пропарки с образованием слабоокристаллизованных низкоосновных гидросиликатов кальция и гидрогранатов, в результате чего формируется кристаллизационная структура материала, обеспечивающая высокие физико-механические показатели силикатных изделий. На основе изучаемых глинистых пород можно получать высокоэффективные безавтоклавные стеновые материалы с низкими энергозатратами.