Материал: Безопасность жизнедеятельности в экологически неблагоприятных условиях. Суровцев И.С., Борисов Ю.М
но для производства керамического кирпича марки не ниже 150.
В соответствии с полученными результатами исследуемая глина Масловского месторождения Воронежской области относится к группе глинистого сырья с низким содержанием включений, умеренно- и среднепластичному, легкоплавкому и может быть использована для производства керамического кирпича пластического формования марки не ниже 150.
Библиографический список
1. Книгина Г.И., Лабораторные работы по технологии строительной керамики и искусственных пористых заполнителей. М.: «Высшая школа», 1985. – 222 с.
References
1. Knigina G.I., Laboratory works on technology of building ceramics and artificial porous fillers. М: «Higher school», 1985. – 222 p.
УДК 666.970
Воронежский государственный архитектурностроительный университет Канд. техн. наук, доцент кафедры технологии строительных изделий и конструкций А.В. Уколова; Магистрант кафедры тенологии строи-
тельных изделий и конструкций М.М. Бубнова
Россия, г. Воронеж, тел. 8(4732)71-52-35
Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering
Cand.Tech.Sci., the senior lecturer of faculty of technology of building materials and products A.V. Ukolova;
The master of faculty of technology of building materials and products
M.N. Bubnova
Russia, Voronezh, tel. 8(4732)71-52-35
А.В. Уколова, М.Н. Бубнова
ШЛАКОЩЕЛОЧНОЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ С ГЛИНИСТЫМИ МИНЕРАЛАМИ
Статья посвящена теоретическим и практическим исследованиям комплексного применения минеральных добавок в шлакощелочном вяжущем. Определен рациональный состав комплексной минеральной добавки модифицирующего действия, с использованием которой получен неавтоклавный газобетон плотности 500 кг/м3, прочность которого превышает нормативные требования автоклавного ячеистого бетона.
Ключевые слова: вяжущее, добавка, газобето, прочность.
A.V. Ukolova, M.N. Bubnova
SLAG-ALKALINE COMPOSITE MATERIAL WITH CLAY MINERSLS
Clause is devoted to theoretical and practical researches of complex application of mineral additives in slag-alkaline knitting. The rational structure of the complex mineral additive of modifying action with wich use it is received non-autoclave gas-concrete density 500 m3/kg which durability exceeds normative requirements autoclave cellular concrete is certain.
Keywords: knitting, additive, gas-concrete, durability.
Автоклавный ячеистый бетон по ряду показателей свойств превосходит неавтоклавный. Он имеет более высокую прочность при одинаковой плотности, более низкую усадку
© Уколова А.В., Бубнова М.Н., 2009
135
при высыхании, а следовательно высокую трещиностойкость. Однако, несмотря на такие преимущества, его производство связано с высокой материало - энергоемкостью в связи с использованием автоклавной обработки, получением известковых вяжущих и помолом кварцевого песка. Все это, несомненно, приводит к удорожанию материала. Актуальной в настоящее время является задача повышения физико-механических характеристик неавтоклавного бетона за
счет использования высокопрочных вяжущих, к которым относятся шлакощелочные. Известно, что на свойства искусственного конгломерата оказывают существенное
влияние фазовый состав гидратных новообразований, скорость формирования и прочность связей в кристаллогидратных комплексах, поровая структура. Причем основные параметры, предопределяющие синтез прочности искусственного камня в значительной степени зависят от состава и качества сырьевой смеси, вида щелочного компонента, условий гидратации и твердения. Влияние указанных факторов на долговечность шлакощелочных материалов неоднозначно и требует детального исследования. Выбор неоптимальных технологических параметров, как правило, является причиной получения бетонов с нестабильными физикомеханическими свойствами. Следует отвести при этом значительную роль корректирующим добавкам, оказывающим модифицирующее влияние на формирующую структуру конгломерата, повышая в конечном итоге его долговечность. К таким добавкам относятся, например, жидкое стекло, активный кремнезем, термоактивированные алюмосиликатные (цеолитные породы), разновидности щелочного компонента. Они интенсифицируют структурообразование, оказывают влияние на фазовый состав новообразований, поровую структуру искусственного камня.
Присутствие в шлаковых системах метасиликата натрия способствует увеличению степени полимеризации кремнекислородных анионов, ускорению контактирования и перекрытию обводненных гелевых оболочек, и в результате – агрегации новообразований [1, 2]. При этом происходит перестройка структуры с формированием матрицы гидросиликатов кальция и щелочно-, щелочноземельных гидроалюмосиликатов. Щелочной катион при этом активно участвует в катионно-обменных реакциях, наряду с катионом кальция. Это интенсифицирует процессы и способствует модифицированию структуры за счет образования щелочных и гидроалюмосиликатных комплексов, морфологически однородных низкоосновным кальциевым гидросиликатным фазам [3]. Следует при этом отметить, что указанные новообразования кристаллизуются медленно и возникают на более поздних стадиях. Они образуются в основном в поровом пространстве, заполняют его, способствуя возникновению прочных кристаллизационных контактов с первичными фазами на основе СА2 и метасиликата натрия. Это обуславливает формирование более плотной и однородной структуры, обеспечивающей получение цементного камня с прочностью вдвое превосходящей прочность портландцементного камня.
Интенсификация процессов структурообразования может быть осуществлена за счет введения синтетических или природных цеолитов. Они в ранние сроки ускоряют кристаллизацию новообразований в поровом пространстве. Глинистые минералы в природном и обожженном состоянии взаимодействуют с едкими щелочами и низкомодульными щелочными силикатами с образованием водостойких гидратов алюмосиликатного состава, проявляющих вяжущие свойства [4].
Оказывать влияние на структурообразование материала представляется возможным за счет применения опаловидного кремнезема. Известно, что при взаимодействии кремниевой кислоты и гидроокисей амфотерных металлов с щелочными гидроокисями или их смесями со щелочноземельными возникает целая гамма вяжущих систем. Продукты реакции возникают в виде растворимых в воде соединений R2O·Al2O3·H2O, R2O·SiO2·H2O; плохорастворимых
R2O·RO·Al2O3·H2O, R2O·RO·SiO2·H2O; малорастворимых R2O·RO·Al2O3·SiO2·H2O и практиче-
ски нерастворимых R2O·Al2O3·SiO2·H2O. Могут также образовываться малорастворимые щелочноземельные низкоосновные гидросиликаты RO·SiO2·H2O, а иногда и практически нерастворимые гидроалюмосиликаты RO·Al2O3·SiO2·H2O [1,2]. Направление реакций зависит от вида и количества оксидов, находящихся в исходной системе сырьевых компонентов.
136
С научной точки зрения интерес для исследования представляет комплексное сочетание опаловидного (активного) кремнезема и глинистых минералов в природном и обожженном состоянии. В данной работе изучалась возможность эффективного комплексного применения в шлакощелочном вяжущем гидравлической извести и трепела, являющегося активным кремнеземом. В качестве сырьевых материалов использован гранулированный шлак липецкого металлургического комбината с коэффициентом основности 1,1-1,2. В качестве добавок – едкий натрий, гидравлическая известь и активный кремнезем – трепел. Гидравлическая известь была получена на основе мелодобычи Копанищенского карьера с содержанием СаСО3 не менее 95 % и суглинка Семилукского месторождения «Дорожное». Химический состав ее (в % по массе): SiO2 – 67 %; Al2O3 – 12 %; Fe2О3 + FeO – 5 %; СаО – 4 %; MgO – 1,5 %; SO3 – 0,15 %, остальное п.п.п. Химический состав трепела (в % по массе): SiO2 – 70 %; Al2O3 – 15 %; Fe2О3 – 4 %; СаО – 3 %; остальное – п.п.п. Дисперсность молотого шлака составляла 350±20 м2/кг, а трепела 400±10 м2/кг. Образцы микробетона размером 4х4х16 см изготавливались в лабораторных условиях. Шлакощелочная смесь изготавливалась в турбинном смесителе. Перемешивание обеспечило получение однородной массы. Текучесть раствора по Суттарду составляла 30-32 см. После ТВО образцы выдерживались сутки в естественных условиях и испытывались.
Результаты экспериментов обрабатывались методами математической статистики. Доверительный интервал оценок получаемых показателей определялся на основании результатов испытаний малых выборок с использованием распределения Сьюдента с надежностью равной 0,95. При исследовании применен метод активного планирования трехфакторного эксперимента. Варьируемыми параметрами приняты дозировки: трепела (Х1), NaOH (Х2), гидравлической известь (Х3). Уровни варьирования независимых переменных представлены в таблице 1.
Таблица 1
|
Уровни варьирования независимых переменных |
|
||||
|
|
|
Значения переменных, % |
|
||
Уровни варьирования пере- |
|
|
||||
|
|
|
|
гидравлическая |
||
менных |
|
трепел (Х1) |
|
NaOH (Х2) |
|
|
|
|
|
известь (Х3) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
Основной уровень (0) |
|
7,5 |
|
7,5 |
|
7,5 |
Нижний уровень (-) |
|
5 |
|
5 |
|
5 |
Верхний уровень (+) |
|
10 |
|
10 |
|
10 |
Изучалась прочность при сжатии микробетона плотности 1000 кг/м3, являющегося аналогом межпоровых перегородок ячеистого бетона плотности 500 кг/м3. Тепловлажностная обработка проводилась при 70°С, изотермической выдержке - 5 часов. После ТВО образцы выдерживались сутки в естественных условиях и испытывались. Результаты исследований представлены в таблице 2.
Таблица 2 Матрица планирования полного факторного эксперимента типа 23 (Д-оптимальное планиро-
вание) и результаты выполненных исследований.
№ опытов |
|
Уровни варьирования |
|
Прочность микробетона, приве- |
||
|
|
|
|
|
денная к плотности 1000 кг/м³, |
|
Х1 |
|
Х2 |
|
Х3 |
||
|
|
|
МПа |
|||
1 |
-1 |
|
-1 |
|
-1 |
15,3 |
2 |
-1 |
|
1 |
|
-1 |
26,4 |
3 |
-1 |
|
1 |
|
1 |
28,6 |
4 |
-1 |
|
-1 |
|
1 |
27,4 |
5 |
1 |
|
-1 |
|
-1 |
28,3 |
137
6 |
1 |
1 |
-1 |
30,8 |
7 |
1 |
1 |
1 |
36 |
8 |
1 |
-1 |
1 |
18,7 |
9 |
1 |
0 |
0 |
27,4 |
10 |
-1 |
0 |
0 |
27,9 |
11 |
0 |
1 |
0 |
26,7 |
12 |
0 |
-1 |
0 |
25,8 |
13 |
0 |
0 |
1 |
27,1 |
14 |
0 |
0 |
-1 |
26,8 |
15 |
0 |
0 |
0 |
24,2 |
16 |
0 |
0 |
0 |
26,8 |
17 |
0 |
0 |
0 |
25,7 |
Получена функциональная зависимость:
y 25,6 3,07x2 2,65x1x3 3,02x12 2,26x22 2,64x32
Геометрическая интерпретация полученных результатов представлена на рисунке.
Х1 = -1 |
Х1 = 0 |
y=28.62+3.07·X2+2.65·X3+2.26·X22+2.64·X32 |
y=25.6+3.07·X2+2.26·X22+2.64·X32 |
Х1 = +1 |
Х2 = -1 |
y=28.62+3.07·X2-2.65·X3+2.26·X22+2.64·X32 |
y=24.79-2.65·X1·X3+3.02·X12+2.64·X32 |
Х2 = 0 |
Х2 = +1 |
y=25.6-2.65·X1·X3+3.02·X12+2.64·X32 |
y=30.93-2.65·X1·X3+3.02·X12+2.64·X32 |
138
Х3 = -1 |
Х3 = 0 |
y=28.24+3.07·X2+2.65·X1+3.02·X12+2.26·X22 |
y=25.6+3.07·X2+3.02·X12+2.26·X22 |
Рис. 1. Геометрическая интерпретация полученных результатов
Оптимальный состав содержал: трепела (Х1) – 10 %, NaOH (Х2) – 10 %, гидравлическая известь (Х3) – 10 %. Прочность при сжатии микробетона составляла 36 МПа, что в 1,4 раза больше прочности контрольных образцов (без добавок трепела и гидравлической извести). На основе сырьевой смеси оптимального состава был получен неавтоклавный ячеистый газобетон с плотностью 500±20 кг/м3 с прочностью 3,8 МПа, что превышает по прочностным показателям нормативные требования для автоклавного бетона. Тепловлажностная обработка проводилась аналогично образцам микробетона.
Выполненные исследования позволяют заключить, что комплексная добавка из активного кремнезема и гидравлической извести является эффективной в шлакощелочном вяжущем. Трепел при взаимодействии со щелочью образует метасиликат натрия. О положительном влиянии последнего на процессы структурообразования было сказано ранее. Активные SiO2 и Al2O3, содержащиеся в трепеле и гидравлической извести интенсифицируют процессы структурообразования, участвуют в синтезе высокопрочных новообразований, являющихся аналогами природных. Гидравлическая известь выполняет также функцию дополнительного вяжущего. Запасы трепела, а также сырьевых материалов, используемых при производстве гидравлической извести практически неисчерпаемы, и получение ее возможно на действующих известковых заводах. Учитывая перечисленное, следует утверждать, что совместное применение активного кремнезема и гидравлической извести в технологии неавтоклавных бетонов весьма перспективно.
Неавтоклавный модифицированный ячеистый шлакощелочной бетон с комплексными добавками по прочностным показателям существенно превышает нормативные требования для автоклавного ячеистого бетона.
Библиографический список
1.Глуховский В.Д. Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции. // Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции: тез. Докл. // Всесоюзный науч. – практ. Конф. Киев:
КИСИ, 1984. – с. 5.
2.Белов Н.В. Кристаллохимия силикатов с крупными катионами. [Текст]. / Н.В. Бе-
лов. – М., АН СССР, 1961. – с. 67.
3.Иванов Н.К. Вяжущие свойства композиций на основе щелочных силикатов. / Н.К. Иванов, Н.Н. Зыкова, К.С. Иванов, А.В. Тарасов. // Изв. Вузов. Строительство. – 2003. – №
11.- с. 36-40.
139