Высококремнеземистый композит строительного назначения

Библиографические ссылки

1. Глуховский, В. Д. Шлакощелочные бетоны на мелкозернистых заполнителях/В. Д. Глуховский. Киев: Вища школа, 1981. 58 с.

2. Авторское свидетельство СССР №697429, МКл. С04В 7/14, 18.11.79.

3. Патент RU 2296724 С04В 7/153 Вяжущее (варианты).

4. Глуховский, В.Д. Шлакощелочные цементы и бетоны /В. Д. Глуховский, В.А. Пахомов. Киев: Буд1вельник, 1978. С. 8-10.

5. Ходаков, Г.С. О Механизме твердения тонкоизмельченного известково-песчаного вяжущего без гидротермальной обработки/Г.С. Ходаков. М.: Государственное издательство литературы по строительным материалам, 1957. С. 3-5.

УДК 691:620.17:628.544

И.Ю. Колокольчиков, П.Д. Саркисов, Л.А. Орлова Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ВЫСОКОКРЕМНЕЗЕМИСТЫЙ КОМПОЗИТ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

In this study high-silica glass-ceramic composite was synthesized using ceramic technology. The process of sintering and crystallization in obtaining the composite were studied. The technological parameters: the dispersity of used raw materials, the ratio of binder: filler, temperature-time regime of heat treatment were worked out. The phase composition, structure, mechanical and chemical properties of high-silica composite were investigated.

В работе был синтезирован высококремнеземистый стеклокристаллический композит с применением керамической технологии; изучены процессы спекания и кристаллизации при получении композита; разработаны технологические параметры: дисперсность применяемого сырья, соотношение связующее: наполнитель, температурно-временной режим термообработки; исследованы фазовый состав, структура, механические и химические свойства высококремнеземистого композита.

Современное строительство требует создания новых высокопрочных долговечных строительных материалов, сочетающих высокие эксплуатационные свойства с применением дешевых сырьевых компонентов, энергоэффективной технологии и сведением к минимуму транспортных затрат на перевозку строительной продукции[1-3].

Цель данной работы - синтез строительного материала с максимально возможным количеством кварцевого песка и отходов производства, в частности доменного шлака. В качестве сырьевых компонентов использовали пески Ямала и доменный шлак «Уралсталь».

В работе были решены следующие основные задачи:

- синтез высококремнеземистых стеклокристаллических композитов с применением керамической технологии;

- изучение процессов спекания и кристаллизации при получении высококремнеземистых стеклокристаллических композитов на основе кварцевого песка и металлургических шлаков;

-разработка технологических параметров синтеза композитов (дисперсность приметаемого сырья, соотношение связующее: наполнитель, тем-пературно-временной режим термообработки);

- исследование фазового состава, структуры, механических (прочность на изгиб и сжатие) и химических (водо-и кислотостойкость) свойств получаемых композитов.

При создании композита использовали керамическую технологию, основными технологическими стадиями которой являются: измельчение сырьевых компонентов; их дозирование и смешивание; увлажнение сырьевой смеси; прессование изделий; обжиг.

Согласно данным петрографического анализа кварцевый песок Ямала состоит из кристаллического кварца, некоторые зерна которого имеют аморфизированную поверхность, железистую и глинистую пленку. Основная часть глинистой составляющей присутствует в виде каолинита, в песке встречаются также вкрапления полевого шпата и рутила. Петрографические снимки кварцевого песка приведены на рисунке 1.

По данным рентгенофазового анализа в фазовом составе песков присутствует в качестве основной кристаллической фазы низкотемпературный а-кварц.

Доменный шлак ОАО «Уралсталь» представляет собой в основном стеклообразную смесь крупной и мелкой фракции светло-серого цвета от 1 до 30 мм. По данным петрографического анализа содержание стекла в пробе составляет 99,0%.

С применением керамической технологии на основе сырьевой смеси, включающей песок и доменный шлак в соотношении 60/40 получен композит ВКК 60/40, имеющий следующие физико-механические свойства: плотность -2470 кг/м3; водопоглощение 0,3%; прочность на изгиб 80,0 МПа; прочность на сжатие 230 МПа, водо- и кислотостойкость -99,9 и 99,8%. По механическим свойствам полученный композит существенно превосходит силикатные и клинкерные строительные кирпичи. Фазовый состав представлен а-кварцем, Р-волластонитом и незначительным количеством кристоба-лита.

Выявлено влияние различных факторов (природы связующего, соотношения наполнителя и связующего, дисперсности наполнителя (рисунок 3)и температуры обжига) на процесс спекания и свойства получаемого композита. Установлено, что на прочностные свойства в наибольшей степени влияет подготовка сырьевой смеси, Показано, что оптимальным является соотношение песок:доменный шлак в пределах 60:40 - 65:35. Температура обжига также является наиважнейшим фактором, влияющим на прочностные и керамические свойства получаемых композитов. Установлено, что при оптимальной температуре резко снижается пористость композита, уве-

личиваются плотность и механические свойства, при этом в фазовом составе композита уменьшается количество кварца и возрастает количество волла-стонита.

6000 5000 ООО

Яв ооо

Рис. 1. Петрографический анализ кварцевого песка Ямала

D:\dron3M\data\n 1

! « \

:...........................

1 ......................

о о

.1 1 М А А - И л. л Л

15 20 25 30 35 40 45 50 55

Рис. 2. РФА кварцевого песка Ямала

Исследование усадки спрессованных образцов сырьевой смеси для композита методом высокотемпературной дилатометрии позволило определить интервал спекания, соответствующий максимальным усадочным явлениям, и разработать режим термообработки с различной скоростью подъема температуры в различных температурных зонах. Выявлена важная роль

стеклофазы доменного шлака, обеспечивающая залечивание пор композита, делающая пористость закрытой и повышающая прочностные характеристики композита также за счет либо кристаллизации стеклофазы, либо за счет ее взаимодействия с кварцевой составляющей песка.

Рис. 3. Влияние фракционного состава сырьевой смеси на прочность на сжатие высококремнеземистого композита

ЙШэ *10'3

Значение: 596.7 °С, 6.8959Е-03

Значение: 649.8 °С, 6.9782Е-03

Значение: 763.2 °С, 5.7987Е-03

1 ОгЬ N0 Ме.Ы4

Темпесатоа Г С

Рис. 4. Дилатометрическая кривая спрессованного образца состава композита ВКК

Методом электронной микроскопии исследована структура высококремнеземистого композита. На ЭМ снимке (рисунок 4) полученного композита наблюдается процесс частичного оплавления кристаллических структур, что обеспечивает плотную структуру и высокие прочностные характеристики получаемого композита.

Рис. 5. Электронная микроскопия структуры полученного композита

В результате проведенной работы показана возможность синтеза высококремнеземистых композитов строительного назначения на основе песков Ямала и металлургических шлаков ОАО «Уралсталь» с применением керамической технологии. Исследовано влияние различных факторов на структуру, фазовый состав и эксплуатационные свойства полученного материала. Научно обоснованы условия, обеспечивающие получение высококремнеземистого до 82% Si02 композита с повышенными значениями прочностных характеристик, существенно превышающих механические свойства силикатных и клинкерных кирпичей, абразивной и химической стойкостью. Определены основные технологические параметры получения высококремнеземистого стеклокристаллического композита.

Разработанный композит предназначен для строительных работ в условиях вечной мерзлоты, для футеровки различных устройств, контактирующих с агрессивными средами.

Библиографические ссылки

1. Комар, A.B. Технология производства строительных материалов / A.B. Комар, Ю.М. Баженов, JI. М. Сулименко. М.: Высшая школа, 1990. 446 с.

2. Микульский, В.Г. Строительные материалы / В.Г. Микульский, Г.И. Горчаков, В.В. Козлов, В.Н. Куприянов, Л.П. Орентлихер, Р.З. Рахимов, Г.П. Сахаров, В.М. Хрулев. М.: Высшая школа, 2007. 520 с.

3. Кондратенко В. А. Керамические стеновые материалы: оптимизация их физико-технических свойств и технологических параметров производства / В. А. Кондратенко - Москва: «Композит» - 2005. - 512с.