Диссертация (Научно-технологические основы использования глинистого сырья для производства силикатных автоклавных материалов), страница 9

Это строение глинистых минералов обуславливает их уникальные свойства, что позволяет использовать глинистых породы в качестве наноразмерного сырья для получения современных композиционных материаловразличного назначения [317–325]Минералы группы карбонатов встречаются в качестве примесей песка, используемых для производства автоклавных силикатных материалов, а также вглинистых породах. Ряд авторов [284, 326] указывает на инертный характер карбоната кальция к извести в гидротермальных условиях.Карбонат кальция, как считает ряд исследователей [327–329], являясь сольюсильного основания и слабой угольной кислоты, способен к взаимодействию, какс основаниями, так и с кислотами.По мнению Ю.

М. Бутта и др. [330] тонкодисперсный карбонат кальция обладает определенной химической активностью в силикатных системах.Е. С. Савин [331] установил, что наличие в известково-песчаном вяжущемтонкодисперсного карбоната кальция в количестве 20–30 мас. % оказывает положительное влияние на свойства силикатного бетона. Предполагается образованиекомплексного соединения гидросиликатов и карбоната кальция.43Б.

Н. Виноградов [135] установил, что образцы на основе известковокарбонатных смесей в результате запаривания приобретают значительную прочность. В образцах отмечено гелевидное изотропное вещество, которое, по предположению автора, представлено основным карбонатом кальция ориентировочного состава nCaCO3Ca(OH)2 (при n = 1). Образцы из известково-песчаных смесей ссодержанием кальцита имеют более сложный фазовый состав. Отмечено повышение содержания гелевидного вещества и присутствие неизмененных исходныхминералов. Предполагается образование комплексного водного основного карбосиликата кальция состава CaSiO3CaCO3Ca(OH)2nH2O.Исследованиями Ю.

М. Бутта и Л. Н. Рашковича [224] было установлено,что в смесях доломита и гидроксида кальция при запаривании идет обменная реакция: CaMg(CO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + Mg(OH)2. Равновесие в этой реакциисмещено вправо, вследствие меньшей растворимости кальцита по сравнению сдоломитом и Mg(OH)2 по сравнению с Ca(OH)2.Б. Н. Виноградовым [135] установлено, что при взаимодействии магнезиальных карбонатов при автоклавной обработке известково-песчаных смесей возникают тонкодисперсные кристаллики кальцита и гелевидные фазы – гидроксидмагния, гидросиликаты кальция и магния и, возможно, основной карбонат кальция.Ряд авторов [332, 333] отмечают, что микроструктура продуктов гидротермального твердения силикатного бетона с карбонатными добавками, в отличие отмикроструктуры бетона без добавок, характеризуется более мелкими кристалликами гидросиликата кальция.П.

П. Будников и др. [334] считают, что карбонатные породы взаимодействуют с алюминатами кальция, образуя комплексные соли. Продуктом взаимодействия C3A с углекислым кальцием и магнием является комплексное соединение – гидрокарбоалюминат кальция: 3CaOAl2O3(Ca,Mg)CO311H2O.44Б. Ю. Матулис и В. И. Станайтис [335] установили, что образцы из смесиC3AH6 и MgCO3 набирают прочность как при пропарке (95 С), так и при запаривании (выше 100 С). Между C3AH6 и MgCO3 происходит интенсивное взаимодействие с образованием карбоалюминатов кальция. Взаимодействие междуC3AH6 и CaCO3 и рост прочности образцов происходит только при пропарке.Б. Ю.

Матулис и М. А. Чехавичене [336] наблюдали в условиях пропарки(80 С) образование карбоалюмината кальция состава 3CaOAl2O3CaCO311H2O.При температуре 100 С и выше карбоалюминат кальция разрушался.Железосодержащие минералы входят в состав многих глин, а также глинистых примесей песка [337]. Исследования Б. Н. Виноградова [135] показали, чтооксиды железа при обычных параметрах производства автоклавных силикатныхматериалов инертны по отношению к извести.По данным Г.

Зальгмана [337] широко распространенный в природе монтмориллонитовый нонтронит (Fe2O33SiO2H2OnH2O) способен к образованиюизоморфных смесей. В гидротермальных условиях при взаимодействии его с CaOобразуется C2SH(A) и выделяется свободный железистый минерал Fe2O3 [135].Проведенные Н. Ф. Брянцевой [338] исследования показали, что магнетит,гематит и рудный концентрат при взаимодействии с оксидом кальция и магнияобразуют прочный камень. Отмечается, что при гидротермальной обработке в реакцию с CaO наряду с кварцем вступают рудные минералы.По данным П. И. Боженова [339] оксиды железа ускоряют в силикатныхсмесях связывание CaO с SiO2 и стабилизируют гидросиликаты кальция CSH(B) игидрогранаты.В. А.

Тихонов и др. [207] установили, что наибольшей механической прочностью обладают камни, новообразования которых представлены волокнистымигидросиликатами, а также волокнистыми гидросиликатами и железистыми гидрогранатами. По мнению авторов, высокая дисперсность железистых гидрогранатов45и форма их кристаллов способствуют увеличению внутреннего трения кристаллов, за счет чего повышается механическая прочность цементного камня.Таким образом, глинистые минералы проявляют высокую активность по отношению к гидроксиду кальция в гидротермальных условиях.

В результате этоговзаимодействия образуются гидросиликаты кальция различной основности и гидрогранаты. Наибольшая реакционная способность по отношению к Ca(OH)2 вусловиях автоклавирования проявляется у минералов группы монтмориллонита,меньшая у каолинита. Необходимо отметить, что выводы разных исследователейо влиянии свободного кварца и глинистых минералов на фазообразование и свойства силикатных материалов находятся в противоречии и этот вопрос требует более подробного изучения.

Необходимо также при изучении использования глинистых пород в качестве сырья для производства автоклавных материаловрассматривать исследуемые породы как объекты, содержащие природные наноразмерные частицы.1.4 Влияние глинистых пород на свойства прессованных материаловавтоклавного тверденияВ 1880 году немецкому ученому Михаэлису был выдан патент на получениеизвестково-песчаных изделий путем их запаривание в автоклаве. Им была выработана технология приготовления смесей гашеной извести и песка, созданы прессы для формования и способ запаривания при повышенном давлении пара [45,340].Уже в 1912 г для повышения прочности кирпича рекомендовалось включатьв смесь молотый обожженный глиняный кирпич.

Было также замечено, что добавка в силикатную массу природной глины не снижает качество кирпича приусловии достаточного перемешивания сырьевой смеси. Однако хорошо смешатьглину с силикатной массой оказалась трудной задачей. Так, по мнению Михаэлиса, использование песка с высоким содержанием глины приводит к повышениюрасхода извести [340].46Некоторые исследователи при использовании глины получили отрицательные результаты. Так, по мнению М. Глазенаппа глина при гидротермальной обработке обволакивает частицы песка и препятствует действию на них гидроксидакальция. А. Таль [341] указывал на вредное влияние каолина, так как при этом, поего мнению, замедляется разложение песка.

Н. Н. Смирнов [248] считал, что глинистое вещество замедляет образование гидросиликата из-за присутствия глиноземистых соединений.Г. Э. Бесси [326] считает, что содержание глинистых и илистых частиц впеске должно находиться в пределах 2–4 мас. %. Меньшее содержание снижаетпрочности сырца, большее оказывает отрицательное воздействие на прочность идолговечность кирпича, что обусловлено образованием алюминатов и алюмосиликатов кальция, обладающие слабыми вяжущими свойствами.

Из-за этого сложилось мнение об ограниченности сырьевой базы для производства силикатногокирпича.Возможность изготовления автоклавных материалов из глино-известковыхмасс была впервые экспериментально доказана в СССР. П. П. Будников установил, что введение в глину Са(ОН)2 в количестве 5 мас. % позволяет получитьтвердеющий и неразмываемый в воде материал [342]. Однако недостатком быланевысокая механическую прочность в водонасыщенном состоянии.Совершенно иные результаты получились при автоклавной обработке глино-известковых образцов [343–348].

Исследования показали, что в зависимости отвида глины, содержания извести, давления и времени запаривания можно получить той или другой прочности кирпич.Наиболее подробные исследования по вопросу о пригодности глины для автоклавных материалов впервые провел в 1939–40 гг. С. М. Розенблит [269, 270].Автор, анализируя прежние работы, пришел к выводу, что большинство исследователей в своих опытах добавляли глину в сырьевую массу способом, не обеспечивающим получение однородной смеси.

В результате своих проведенных экспериментов С. М. Розенблит сделал вывод, что глина, добавленная в сырьевуюсмесь и равномерно распределенная в ней, существенно повышает прочность47сырца и запаренного кирпича, а также увеличивает морозостойкость. Для получения такой смеси глину следует добавлять в смесь в виде порошка или в виде глинистого молока. Рост прочности кирпича, по мнению С.

М. Розенблита, обусловливается благотворным влиянием глины на процесс уплотнения сырца, а такжевзаимодействием глины с известью, которое повышает прочность материалабольше, чем взаимодействие системы песок–известь.Г. Г. Никольский и К. Н. Дубенецкий [271] установили, что морозостойкость изделий на основе известково-глино-песчаной смеси выше, чем на основеизвестково-глиняной.

При этом содержание песка должно составлять до 30 % отмассы всей смеси. С увеличением давления пара прочность и морозостойкостьизделий повышаются. Оптимальной продолжительностью запарки принято 8 ч, нодопускается снижение до 6 ч.Установлено, что трехкомпонентные смеси обеспечивают возможностьпроизводства силикатного кирпича из магнезиальных известей [271,349,350].

Положительное влияние глины объясняется тем, что в начальный период гидротермальной обработки более реакционная глина, взаимодействуя с известью, образует прочный каркас из цементирующих соединений, который препятствуетувеличению объема материала и появлению трещин в процессе догашиванияMgO.Широкомасштабные исследования по изготовлению известково-глинопесчаных и известково-глиняных материалов автоклавным способом были проведены в институте РОСНИИМС [268, 272, 279, 351–359]. Было доказано, что полноценные по физико-механическим свойствам стеновые материалы могут бытьполучены при использовании в качестве кремнеземистого компонента песков, содержащих значительное количество глинистых примесей, смеси песка и глины, атакже одной только глины.Добавка глины в виде мелких, равномерно распределенных в песке частицулучшает зерновой состав сырьевой смеси, повышается прочность сырца и запаренного кирпича.