Влияние давления прессования на свойства безавтоклавных силикатных материалов на основе глинистых пород

ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПРЕССОВАНИЯ НА СВОЙСТВА БЕЗАВТОКЛАВНЫХ СИЛИКАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ

ГЛИНИСТЫХ ПОРОД

Володченко Александр Анатольевич

младший научный сотрудник, Белгородский государственный технологический университет им В.Г. Шухова, РФ, г. Белгород

E-mail: volodchenko@intbel. ru

EFFECT OF PRESSING PRESSURE ON THE PROPERTIES NON-AUTOCLAVE SILICATE MATERIALS BASED ON SANDY-CLAY ROCKS

Aleksandr Volodchenko

junior research scientist, Belgorod State Technological University named after

V.G. Shukhov, Russia, Belgorod

АННОТАЦИЯ

Установлено, что повышенные значения давления прессования позволяет существенно увеличить прочность сырца и готовых силикатных материалов безавтоклавного твердения на основе песчано-глинистых пород.

ABSTRACT

It has been established that high values of the compaction pressure can significantly increase the strength of raw brick and finished silicate materials non-autoclaved hardenings based on sand-clay rocks

Ключевые слова: известь; песчано-глинистые породы; прочность сырца; безавтоклавные силикатные материалы.

Keywords: lime; sand-clay rocks; steaming; strength of raw bricks; non-autoclave silicate materials.

Одной из важных операций в технологии производства силикатного кирпича является его формования. От прочности сырца во многом зависит качество силикатного кирпича, так как в процессе транспортировки после формования в автоклав возможны механические повреждения поверхности кирпича. Величина прочности сырца более чем на 80 % обусловлена капиллярными силами и, в меньшей степени, зависит от механического

зацепления зерен и молекулярного сцепления. Поэтому использование тонкодисперсного известково-песчаного вяжущего в сырьевой смеси существенно повышает прочность сырца. Прессовое давление при формовании известково-песчаного автоклавного силикатного кирпича составляет в пределах 15—20 МПа. Повышение этого давления не оказывает существенного влияния на повышение прочности на традиционном сырье.

В качестве сырьевых материалов для производства силикатных изделий можно использовать рыхлые отложения незавершенной фазы глинообразования, которые широко распространены во многих регионах РФ, а также в больших количествах извлекаются в качестве попутных продуктов при добыче полезных ископаемых [1—16, 26—29]. Эти породы являются продуктами промежуточной стадии выветривания алюмосиликатных пород, заключительной фазой выветривания которых является образование мономинеральных глин. Эти глины используются для производства керамических изделий, а также их можно применять для получения металлокомпозитов [17—25, 30, 31, 32].

Высокая дисперсность песчано-глинистых пород может позволить более эффективно использовать высокое давление прессования для повышения прочности сырца, что и явилось целью исследования данной работы.

В качестве известкового компонента применяли негашеную известь (активность 78,3 мас. %).

В работе использовались три песчано-глинистые породы месторождений Курской магнитной аномалии, одна из которых классифицирована как супесь, а две другие как суглинки. Количество пелитовой фракции в суглинках достигает 39,0 и 51,05 мас. % (табл. 1). Для супеси этот показатель составляет 22,63 мас. %. Основная масса пород представлена алевритовой и пелитовой фракцией.

Таблица 1.

Гранулометрический состав песчано-глинистых пород_

Порода Содержание фракций, мас. %, размер сит, мм

более 0,1 0,1—0,05 0,05 0,04 0,04—0,01 менее 0,01

Супесь 15,7 12,90 5,82 42,95 22,63

Суглинок № 1 0,55 20,72 18,58 21,15 39,0

Суглинок № 2 0,2 9,33 9,56 29,86 51,05

Термографические и рентгенофазовые исследования показали, что

пелитовая фракция пород представлена кварцем, смешаннослойными

2+

образованиями, Са монтмориллонитом, каолинитом и рентгеноаморфной фазой.

Готовили сырьевые смеси с содержанием извести 10 мас. %, которое является оптимальным для достижения максимальной прочности пропаренных образцов [26, 28]. Предварительно измельченную известь и исходную породу перемешивали в заданном соотношении, увлажняли водой и выдерживали в закрытой чашке для гашения извести. Из полученной сырьевой смеси формование образцов проводили при удельном давлении прессования 10— 50 МПа. Формовочная влажность составляла 10 %

Влияние прессового давления на прочность сырца зависит от вида песчано-глинистой породы (рис. 1).

(П С

го

X 4 и

с

Ь

0

1 2

о.

^

с

1

<1> О.

с

3 2

1

0 1 0 20 3 0 4 0 50

Давление прессования, МПа

Рисунок 1. Влияние прессового давления на прочность сырца: 1 — супесь; 2

— суглинок № 1; 3 — суглинок № 2

Прочность сырца, полученного при прессовом давлении 10 МПа, практически одинакова для всех изучаемых пород и составляет 1,2—1,3 МПа. При увеличении давления прессования до 50 МПа прочность сырца на основе супеси повышается до 3 МПа, что выше прочности известково-песчаных в 7 раз (см. рис. 1, кривая 1). Существенно большее влияние увеличение давления прессования оказывает на рост прочности сырца на основе суглинков. Характер изменения прочности и ее величина для суглинка № 1 и № 2 примерно одинаковы (см. рис. 1, кривая 2 и 3). Прочность сырца повышается до 5 МПа, т. е. в 11 раз. Следовательно, увеличение давление прессования повышает прочность сырца тем больше, чем выше в породе содержание пелитовой фракции.

При прессовании сырца под действием давления происходит сближение частиц сырьевой смеси в результате снижения ее первоначальной пустотности. Как было отмечено ранее, силы капиллярного давления являются основным фактором, влияющим на прочность сырца. Капиллярное давление зависит от содержания в композитах тонкодисперсных частиц и, главным образом, частиц коллоидных размеров. В условиях реального производства силикатных материалов на основе традиционной известково-песчаной сырьевой смеси сложно получить вяжущее, содержащее частицы коллоидного размера, вследствие чего сырец обладает невысокой прочностью. Увеличение времени помола увеличивает энергоемкость производства, но большого влияния на повышение прочности сырца не оказывает.

Существенное повышение прочности сырца на основе песчано-глинистых пород связано с наличием в них высокодисперсных частиц. Эти частицы уплотняют структуру композита. Натяжения жидкости в оставшихся мельчайших капиллярах создает весьма большие удельные давления, что приводит к повышению прочности сырца. С увеличением давления прессования уменьшаются размеры капилляров и, соответственно, увеличиваются капиллярные силы.

Давление прессования при формовании известково-песчаного силикатного кирпича составляет 15—20 МПа. Данный вид сырья не позволяет эффективно использовать более высокие параметры давления прессования, так как существенного повышения прочности сырца при этом не происходит. Для сырьевых смесей на основе песчано-глинистых пород, напротив, более выгодно использовать повышенные значения давления прессования. Поэтому предприятиям, которые будут использовать предлагаемое сырье целесообразно применять прессы, обеспечивающие формование при давлении выше 20 МПа.

Изучено также влияние давления прессования на физико-механические свойства пропаренных силикатных образцов. В экспериментах использовались суглинки (рис. 2).

2100

ш

& 1900 о т

ч: щ

с.

О

1500

0 10 20 30 40 50

Давление прессования, МПа

Рисунок 2. Предел прочности при сжатии (1, 2) и средняя плотность (3, 4) в зависимости от давления прессования сырца: 1, 3 — суглинок № 1; 2, 4 —

суглинок № 2

С повышением прессового давления прочность образцов на основе суглинков № 1 и № 2 возрастает соответственно с 14,1 до 31,5 МПа и с 14,2 до 32,5 МПа, т. е. в 2,2 раза (см. рис. 2, кривая 1 и 2). Наиболее эффективным является увеличение давления прессования до 30 МПа. Средняя плотность

3 3

образцов повышается с 1630 до 1920 кг/м и с 1585 до 1915 кг/м соответственно для суглинка № 1 и № 2 (см. рис. 2, кривая 3 и 4).

Необходимо отметить, что прочность образцов на основе суглинка № 2 выше, чем для суглинка № 1. Средняя плотность, наоборот, меньше, что связано с повышенным содержанием пелитовой фракции (см. табл. 1). Однако с увеличением давления прессования разница в средней плотности уменьшается и при давлении 50 МПа значения средней плотности практически одинаковы.

Минералы, входящие в состав изучаемых пород в условиях пропарки активно взаимодействуют с известью. При этом образуются слабоокристаллизованные гидросиликаты кальция и гидрогранаты, что приводит к возникновению прочной конденсационно-кристаллизационной, а также, возможно, кристаллизационной структуры материала, что обеспечивает высокие прочностные показатели силикатных материалов.

Таким образом, для сырьевых смесей на основе песчано-глинистых пород эффективно использовать повышенные значения давления прессования. При этом прочность сырца повышается в 4—11 раз, прочность готовых изделий после пропарки повышается более чем в 2 раза. Это позволит в процессе формования снизить брак и облегчить выпуск высокопустотных материалов.

Список литературы:

1. Володченко А.Н., Лесовик В.С. Автоклавные ячеистые бетоны на основе магнезиальных глин // Известия высших учебных заведений. Строительство. — 2012. — № 5. — С. 14—21.

2. Володченко А.Н. Влияние песчано-глинистых пород на оптимизацию микроструктуры автоклавных силикатных материалов // Сборник научных трудов З^^гШ. — 2012. — Т. 47. — № 4. — С. 32—36.

3. Володченко А.Н. Вяжущее на основе магнезиальных глин для автоклавных силикатных материалов // Сборник научных трудов З^^гШ. — 2012. — Т. 30. — № 3. — С. 38—41.

4. Володченко А.Н. Автоклавные силикатные материалы на основе отходов горнодобывающей промышленности // Сборник научных трудов З^^гШ. — 2012. — Т. 47. — № 4. — С. 29—32.

5. 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.

6. Володченко А.Н. Взаимодействие мономинеральных глин с гидроксидом кальция в гидротермальных условиях // Сборник научных трудов З^^гШ.

— 2012. — Т. 30. — № 3. — С. 35—37.

7. Володченко А.Н. Влияние песчано-глинитых пород на пластичность газобетонной массы // Сборник научных трудов 8ШогШ. — 2013. — Т. 43.

— № 1. — С. 7—10.

8. Володченко А.Н. Нетрадиционное сырье для автоклавных силикатных материалов // Технические науки - от теории к практике. — 2013. — № 20.

— С. 82—88.

9. Володченко А.Н. Влияние глинистых минералов на свойства автоклавных силикатных материалов // Инновации в науке. — 2013. — № 21. — С. 23— 28.

10. Володченко А.Н. Влияние состава сырья на пластическую прочность газобетонной смеси // Сборник научных трудов 8ШогШ. — 2013. — Т. 39.

— № 2. — С. 45—49.

11. Володченко А.Н. Повышение морозостойкости силикатных материалов на основе нетрадиционного сырья // Инновации в науке. — 2013. — № 24. — С. 24—30.

12. Володченко А.Н. Влияние песчано-глинистых пород на морозостойкость автоклавных силикатных материалов // Сборник научных трудов З^^гШ.

— 2013. — Т. 50. — № 3. — С. 8—13.

13. Володченко А.Н. Объемное окрашивание автоклавных силикатных материалов глинистыми породами // Сборник научных трудов З^^гШ. — 2014. — Т. 19. — № 1. — С. 18—24.

14. Володченко А.Н. Идентификация продуктов автоклавной обработки вяжущего на основе магнезиальных глин // Сборник научных трудов З^огШ. — 2014. — Т. 19. — № 1. — С. 24—29.

15. Володченко А.Н. Природный пигмент для окрашивания автоклавных силикатных изделий // Технические науки - от теории к практике. — 2014. — № 31. — С. 96—102.

16. Володченко А.Н. Изучение продуктов взаимодействия магнезиальной глины с известью при автоклавной обработке // Инновации в науке. — 2014. — № 30-1. — С. 89—95.

17. 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—82.

18. 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—63.

19. Ключникова Н.В., Лымарь Е.А., Юрьев А.М. Перспективность использования металлокомпозитов на предприятиях энергетического профиля // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. — 2004. — № 8. — С. 26—28.

20. 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—114.

21. 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— 22.

22. Ключникова Н.В. Рентгенофазовый анализ композиционных материалов на основе глин // Сборник научных трудов Sworld. — 2013. — Т. 7. — № 1.

— С. 3—10.

23. Ключникова Н.В. Влияние металлического компонента на свойства керамометаллических композитов // Сборник научных трудов Sworld. — 2013. — Т. 39. — № 2. — С. 54—60.

24. Ключникова Н.В. Исследование физико-механических свойств керамометаллического композита // Сборник научных трудов Sworld по материалам международной научно-практической конференции. — 2013.

— Т. 7. — № 1. — С. 10—15.

25. Ключникова Н.В. Выбор компонентов как важное условие создания композитов с заданными свойствами // Сборник научных трудов Sworld. — 2013. — Т. 43. — № 1. — С. 16-21.

26. Лесовик В.С., Строкова В.В., Володченко А.А. Влияние наноразмерного сырья на процессы структурообразования в силикатных системах // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. — 2010. — № 1. — С. 13—17.

27. 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.

28. 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.

29. Лесовик В.С., Володченко А.А. Влияние глинистого сырья на микроструктуру безавтоклавных силикатных материалов // Сборник научных трудов Sworld. — 2012. — Т. 30. — № 3. — С. 42—44.

30. Klyuchnikova N.V., Lumar' E.A. Production of metal composite materials // Glass and Ceramics. — 2006. — Т. 63. — № 1—2. — С. 68—69.

31. Klyuchnikova N.V., Lumar' E.A. The effect of metal filler on structure formation of composite materials // Glass and Ceramics. — 2005. — ^ 62. — № 9—10. — C 319—320.

32. Klyuchnikova N.V. Interaction between components at metal composites production // European Journal of Natural History. — 2007. — № 6. — C 110—111.