Автореферат диссертации (1141448), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Специфика составов приводит к формированию плотной полиминеральной структуры цементирующей матрицы (рисунок 9).Высокая реакционная способность минералов глинистых пород НСМускоряет синтез и формирование цементирующих соединений. Это позволяет использовать изучаемые породы при производстве как плотных, так ипоризованных автоклавных материалов.
Таким образом, геологическимипроцессами сформированы такие алюмосиликатные породы, которые засчет наличия смешаннослойных образований, гидрослюды, рентгеноаморфного вещества, тонкодисперсного слабоокатанного кварца и других минералов НСМ обеспечивают интенсификацию синтеза цементирующих соединений рациональной микроструктуры.Апробация результатов теоретических исследований была проведенапри проектировании прессованных, в том числе высокопустотных, а такжепоризованных силикатных автоклавных материалов.19Рисунок 8 – ИК-спектры известковоРисунок 9 – Микроструктура известсапонитового вяжущего: содержание извести,ково-сапонитового вяжущего,мас. %: 1 – 0; 2 – 10; 3 – 20; 4 – 30; 5 – 40РЭМ ×4300Анализ влияния состава сырья на прочность прессованных материалов(рисунок 10) показал, что при активности сырьевой смеси 8 мас.
% на основе суглинков КМА и опоковидных глин прочность возрастает с 20 (контрольный состав на известково-песчаном вяжущем) до 31 МПа (в 1,5 раза).Отсев песка Подклетненского месторождения и монтмориллонитгидрослюдисто-кварцевая порода (в которой содержится кальцит, участвующий в процессах фазообразования) позволяет повысить прочность до 38 и41,5 МПа соответственно. Серицит-кварцевый выветрелый сланец повышает прочность в 1,8 раза.
Рациональное содержание изученного сырья составляет 20–40 мас. %.а)б)в)г)д)е)Рисунок 10 – Свойства прессованных материалов (1 – предел прочности при сжатии, 2 – средняя плотность, 3 – водопоглощение) в зависимости от содержанияглинистых пород (CaOакт 8 мас. %): а – суглинок КМА; б – глина опоковидная;в – отсев песка Подклетненского месторождения; г – глина монтмориллонитгидрослюдисто-кварцевая. (CaOакт 4 мас. %): д – суглинок КМА;е – глина монтмориллонит-гидрослюдисто-кварцеваяВ образцах, содержащих до 5 мас. % глинистых пород, остается сво-20бодный гидроксид кальция, что обуславливает уменьшение количества новообразований и, соответственно, снижение прочности материала. При избытке породы появляются непрореагировавшие глинистые минералы, чтотакже снижает прочность автоклавных материалов.
Следовательно, максимальная прочность автоклавных материалов соответствует содержанию породы, при котором глинистые минералы полностью взаимодействуют с известью. Установлено, что за счет использования глинистого сырья НСМвозможно сокращение расхода извести в 2 раза.
При этом прочность снижается лишь на 20–30 %. В многокомпонентной системе при гидротермальнойобработке различные по составу новообразования синтезируются в разныйпериод времени, что способствует снижению кристаллизационного давления в структуре материала и увеличению количества межкристаллическихконтактов, а также образованию крупнокристаллических фаз, которые являются микронаполнителем в субмикрокристаллической гелевидной фазе изнизкоосновных гидросиликатов CSH(B).
Это также способствует повышению физико-механических характеристик автоклавных материалов.Средняя плотность прессованных автоклавных материалов при увеличении содержания глинистых пород повышается и достигает максимальногозначения 1950–2050 кг/м3. Максимальной прочности соответствует максимальная средняя плотность и минимальное водопоглощение.Таким образом, за счет использования в качестве сырья глинистых пород НСМ формируется полиминеральный полидисперсный состав цементирующего соединения рациональной микроструктуры с повышенной плотностью упаковки, что позволяет получать стеновые автоклавные материалы,прочность на сжатие которых в 1,5–2 раза выше традиционных известковопесчаных.Важной задачей является сокращение энергозатрат и производственного цикла получения автоклавных материалов, что можно достичь за счетснижения параметров автоклавирования.
Установлено, что высокая активность сырья позволяет сократить время изотермической выдержки и давление автоклавной обработки. Например, образцы с содержанием 30 мас. %суглинка КМА в отличие от известково-песчаных набирают необходимуюпрочность уже после 2–3 ч изотермической выдержки (Р = 1 МПа) (таблица 2).Таблица 2 – Предел прочности при сжатии автоклавных материаловв зависимости от времени изотермической выдержкиСырьеСодержаниеСаОакт, мас.
%Песок (контр. состав)Суглинок КМА(30 мас. %)848Предел прочности при сжатии, МПа,при времени изотермической выдержки, ч234689,110,013,22024,123,223,123,023,023,031,032,033,131,529,5Комплексное влияние содержания глинистой породы, извести, давления автоклавирования и времени изотермической выдержки на свойства21автоклавных материалов изучено с использованием метода математического планирования эксперимента.
Разработаны рациональные составы сырьевых смесей и режимы гидротермальной обработки для получения изделий спределом прочности при сжатии 15–40 МПа (таблица 3). При этом времяизотермической выдержки сокращается в 2–3 раза, давление автоклавирования – в 2 раза, что позволяет существенно снизить энергоемкость производства, увеличить производительность заводов и продлить срок эксплуатации автоклавов.Таблица 3 – Технологические параметры для получения плотныхавтоклавных материалов с заданными свойствамиСодержание сырья, мас.
%Предел Средняяпрочности плот- магнезиальотсев пессупесьпри сжа- ность, ная глинака (НовгоААП-1тии, МПакг/м3(ААП)род)201015––401830––351970–40–198015––301900––351980–40–201020––201880––352000–30–202520––151815––35Содер- Время изожание термичеСаОакт, ской вымас. % держки, ч85,5109,55,83,5827,788,53,5647342445,56,5Давлениеавтоклавирования, МПа0,81,21,10,70,90,60,40,90,60,40,6Полученные данные подтверждаются результатами исследований с использованием глинистого сырья республики Йемен (на примере суглинковместорождений Шибам-1, Шибам-2 и Лахдж) (рисунок 11).
Установлено,что эти породы в составе известково-песчано-глинистого вяжущего позволяют повысить предел прочности при сжатии автоклавных материалов в1,4–2 раза при сокращении времени изотермической выдержки в 2 раза.Повышение эффективности автоклавных материалов в значительнойстепени связано с производством высокопустотных изделий. Однако возможность выпуска таких стеновых материалов на существующих производственных мощностях зачастую ограничена ввиду специфики сырьевых компонентов и изношенности (или устаревшего) прессового оборудования, чтоприводит к формированию сырца с невысокой прочностью.Исследования, проведенные с использованием сырья КМА, ААП иРеспублики Йемен, показали, что применение глинистых пород НСМ повышают прочность сырца в 4–6 раз (таблица 4).Высокодисперсные частицы глинистых минералов максимально заполняют пустоты и уплотняют структуру материала.
Соответственно, за счетнатяжения жидкости в мельчайших капиллярах создается высокое удельное22давление, обуславливающее повышение прочности сырца.При автоклавировании высокопустотных изделий повышается площадь соприкосновения среды с сырцом. Например,при пустотности 50 % площадьповерхности кирпича увеличивается на 120 %. Изделия быстрее разогреваются, а, учитывая,что за счет пустот этот процесспротекает равномерно по объему, уменьшаются внутренниенапряжения, возникающие вматериале и, соответственно,формируется более прочнаямикро- и макроструктура матеРисунок 11 – Предел прочности при сжатиириала.
Кроме этого, пропорципрессованных материалов в зависимостионально снижению массы изде- от содержания породы и времени изотермичелийуменьшаетсярасходской выдержки. Месторождения:энергии на разогрев компози1 – Шибам-1; 2 – Шибам-2; 3 – Лахджтов.Таблица 4 – Предел прочности при сжатии сырцаот вида и количества пород НСМПородаСуглинок КМАСуглинок Шибам-1Суглинок ЛахджМагнезиальнаяглина ААП50,530,470,490,64Предел прочности при сжатии сырца, МПа,при содержании породы, мас. %10203040500,711,231,581,701,730,580,881,091,151,210,610,961,131,221,300,851,321,712,092,26Полученные данные позволили провести ранжирование изученных пород НСМ в порядке увеличения положительного влияния на прочностныепоказатели плотных автоклавных материалов: каолинит-гидрослюдистобемитовый сланец гидрослюдисто-каолинит-кварцевый сланец каолинит-гидрослюдисто-кварцевый сланец отсев песка месторождения Новгородской области супесь КМА супесь ААП-2 шамотизированный каолинит-гидрослюдистый сланец песчаная монтмориллониткаолинитовая порода магнезиальная глина опоковидная глина супесь ААП-1 глинистая порода Семилукского месторождения суглинок КМА проба № 36 серицит-кварцевый сланец серицит-кварцбиотитовый сланец суглинок Шибам-1 суглинок Шибам-2 суглинок Лахдж суглинок КМА проба № 44 суглинок КМА проба № 40 23отсев песка Подклетненского месторождения монтмориллонитгидрослюдисто-кварцевая глина.На основе изученных глинистых пород можно получать изделия с пустотностью 40–50 % со средней плотностью 900–1200 кг/м3 и прочностьюна сжатие 12,5–20 МПа.Изучение процессов доавтоклавного структурообразования газобетона– кинетики вспучивания и газовыделения (рисунок 12, а), показало, чтонаименьшей пластической вязкостью обладает известково-песчаная газобетонная смесь, у которой минимальный показатель газоудержания (0,37).Глинистые породы повышают пластическую вязкость, что придает смесямвысокую газоудерживающую способность, которая увеличивается в ряду:супесь ААП-2 магнезиальная глина опоковидная супесь КМА монтмориллонит-гидрослюдисто-кварцевая супесь ААП-1.
Коэффициентиспользования газа увеличивается соответственно от 0,45 до 0,67.а)б)Рисунок 12 – Кинетика изменения параметров газобетонной смеси в зависимостиот вида сырья: а – вспучивания (1–5) и газовыделения (1'–5'); б – предельногонапряжения сдвига. На основе: 1 – кварцевого песка; 2 – кварцевого песка,с содержанием 15 мас.
% магнезиальной глины; 3 – супеси ААП-2; 4 – супесиААП-1; 5 – супеси КМА; 6 – с содержанием 15 мас.% опоковидной породы;7 – с содержанием 15 мас. % монтмориллонит-гидрослюдисто-кварцевой породыПоказано, что сырьевые смеси на основе глинистых пород по сравнению с известково-песчаными (контрольными) характеризуются более плавным набором пластической прочности (см. рисунок 12, б), что обусловленоприсутствием в составе смеси частиц коллоидных размеров, на поверхностикоторых образуется сольватная оболочка воды.
При этом относительно высокая пластическая вязкость смеси на основе глинистых пород в периодиндукции препятствует объединению пузырьков газа, в результате чегоформируется более однородная, чем у контрольных материалов мелкопористая структура, которая отличается межпоровыми перегородками повышен-24ной плотности, что способствует росту прочностных характеристик газобетона.Для получения газобетона была выбрана литьевая технология. Оптимизация микро- и макроструктуры газобетона позволила получить эффективные конструкционно-теплоизоляционные материалы со средней плотностью500–700 кг/м3. Снижение энергозатрат на производство происходит за счетсокращения времени изотермической выдержки и снижения давления автоклавирования. Высокая исходная дисперсность сырья (Sуд=110–140 м2/кг)позволяет исключить его предварительный помол при изготовлении сырьевой смеси.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
