Диссертация (1141449), страница 18
Текст из файла (страница 18)
При этом обеспечиваются рациональные кинетические параметры реакции и полное взаимодействие глинистых минералов с известью.932.4.2 Влияние породообразующих минералов глинистых породна свойства и фазовый состав новообразованийВ качестве кремнеземистого компонента в технологии автоклавных силикатных материалов традиционно используется кварцевый песок, который требуетбольших энергозатрат для активизации путем тонкого помола части его объема.Процессы синтеза в системе CaO–SiO2–H2O зависят от энергетического состояния поверхности кварца. Гидроксид кальция разрыхляет структуру SiO2 иформирует на его основе гидросиликаты кальция.
Этот процесс значительноускоряется за счет диспергации сырья при использовании помольных агрегатов,которые имеют довольно низкий коэффициент полезного действия и применением термовлажностной обработки. При использовании термодинамически активного сырья можно сократить расход энергии на помол и гидротермальную обработку.Предварительно было изучено влияние содержания мономинеральных глинна фазообразование и свойства известково-песчаных материалов и также роль вэтих процессах кварца различной дисперсности [407, 414, 415].Анализ литературных данных показал недостаточную изученность этоговопроса, а полученные разными исследователями результаты носят противоречивый характер, что, по нашему мнению, не позволило раньше четко определитькритерии пригодности глинистых пород для использования в производстве автоклавных материалов.В качестве модельных систем изучены известково-песчано-каолинитовые иизвестково-песчано-монтмориллонитовые сырьевые смеси. В качестве кремнеземистого заполнителя использовали песок Нижнеольшанского месторожденияБелгородской области (Таблица 2.3), который предварительно отмучивали от глинистых и илистых частиц.
Содержание каолинитовой и монтмориллонитовойглины в сырьевой смеси составляло в пределах 5–50 мас. % при содержаниеCaOакт 8 мас. %. Образцы автоклавировали по режиму 1,5–6–1,5 ч при давлениипара 1 МПа.94Таблица 2.3 – Гранулометрический состав песка НижнеольшанскогоместорожденияРазмер отверстий сит, ммПолные остатки на ситах,мас. %1,250,630,3150,140,080,044,110,2218,6352,1510,23,2Менее0,041,5Полученные данные показывают, что каолинитовая глина вколичестве 5–10 мас. % снижаетпредел прочности при сжатии образцов (Рисунок 2,26, кривая 1).Дальнейшее увеличение содержания глины повышает пределпрочности при сжатии до значения контрольных образцов и далееРисунок 2.26 – Физико-механические свойства из-не изменяется.
Монтмориллони-вестково-песчано-глинистых материалов в зависи-товая глина в количестве 5 мас. %также снижает прочность (см. ри-мости от содержания мономинеральных глин: 1, 2 каолинитовая; 3, 4 монтмориллонитовая;сунок 2.26, кривая 3). При даль-1, 3 предел прочности при сжатии;2, 4 средняя плотностьнейшем увеличении содержанияглины прочность повышается.
Средняя плотность повышается и достигает максимальной величины при содержании глин 20 мас. %.Визвестково-песчано-каолинитовойсмесиобразуютсягидрогранаты(эндоэффект 350–360 С и рефлекс 2,73–2,77 Å) и слабоокристаллизованные гидросиликаты кальция (Рисунок 2.27). При увеличении содержания глины количество гидрогранатов возрастает.
Содержание кремнезема в гидрогранатах составляет 0,8–1,5 моль. При содержании каолинитовой глины 5–10 мас. % в образцахзафиксирован гидроксид кальция (эндоэффект 520 С на термограмме, рефлекс952,62 Å на рентгенограмме), который при содержания глины 20 мас. % полностьюисчезает.а)б)Рисунок 2.27 – Термограммы (а) и рентгенограммы (б) образцов:содержание глины, мас. %: 1, 3 5; 2, 4 20; 1, 2 каолинит; 3, 4 монтмориллонитВ образцах с монтмориллонитовой глиной преимущественно образуютсянизкоосновные гидросиликаты кальция (экзоэффект 860 ºС, рефлекс 3,038 Å), которые обеспечивают образцам высокую прочность. Синтезируются также гидрогранаты (рефлекс 2,73 Å). При содержании глины 5 мас.
% остается несвязанныйгидроксид кальция.Минералы каолинита при содержании 5–10 мас. %, полностью реагирует сизвестью. При содержании минерала 20 мас. % появляется свободный каолинит(рефлексы 7,14; 3,57 Å), количество которого при повышении содержания в исходной смеси, увеличивается (см. рисунок 2.27, кривая 2).Наличие несвязанного гидроксида кальция при небольшом содержанииглинистых минералов можно объяснить недостаточным их количеством, так как,очевидно, Ca(OH)2 в известково-песчно-глинистой смеси главным образом взаимодействует с глинистыми минералами. Снижение прочности при недостаткеглины происходит в результате уменьшения количества новообразований из-занеполного связывания извести.96Влияние глинистых пород на структуру автоклавных материалов было изучено на образцах, содержащих 30 мас.
% суглинка Лебединского месторожденияпробы № 36 (Рисунок 2.28, б). Выбор этой породы обусловлен тем, что она является одной из представительных для указанного месторождения. Кроме этого всоставе тонкодисперсной фракции менее 0,005 мм содержится значительное количество свободного кварца (33,60 мас. %).а)б)Рисунок 2.28 – Микроструктура образцов. Николи+, 100:а – известково-песчаные; б – с содержанием глинистого сырьяИсследования шлифов известково-песчаных материалов показали, что поверхность зерен кварца и контакты между ними занимают образования, которыеимеют размытый характер (см.
рисунок 2.28, а). Поверхность зерен кварца корродированна, что свидетельствует о синтезе цементирующих соединений за счетреакции извести с тонкодисперсным и крупнодисперсным кварцем.Зерна кварца в образце с содержанием глинистого сырья практически неимеют между собой контактов и равномерно распределены в общей аморфноймассе (см. рисунок 2.28, б). Поверхность мелких частиц кварца имеет следы коррозии и по краям наблюдается гелеобразная пленка. Крупные кварцевые зернакоррозией практически не затронуты, на поверхности видны лишь незначительные следы новообразований.Можно сделать вывод, что цементирующие соединения в известковопесчано-глинистой смеси образуются в первую очередь за счет взаимодействия97извести с глинистыми минералами и частично с тонкодисперсным кварцем.Крупные частицы кварца с известью практически не реагирует.Глинистые породы незавершенной стадии минералообразования, как правило, содержат в своем составе тонкодисперсный кварц.
Для определения его роли впроцессах взаимодействия глинистых пород с гидроксидом кальция исследовановлияние на фазообразование и свойства автоклавных материалов композиции измономинеральной глины и тонкодисперсного кварца.Предварительно изучено влияние различных фракций кварца на физикомеханические свойства известково-песчаных образцов (Рисунок 2.29).Рисунок 2.29 – Предел прочности при сжатии и средняя плотностьизвестково-песчаных образцов с содержанием 20 мас.
% тонкодисперсного кварцаИспользовали тонкодисперсный кварц, полученный помолом Вольскогопеска в фарфоровой мельнице. Содержание тонкодисперсного кварца в сырьевойсмеси составляло 20 мас. %. Установлено, что максимальный предел прочностипри сжатии обеспечивает кварц фракции 0,01–0,04 мм.Для детального исследования были использованы фракции кварца менее0,005 и 0,01–0,04 мм. Первая фракция соответствует размерам глинистых минералов, а вторая обеспечивает максимальную прочность известково-песчаных образцов (Рисунок 2.30). Показано, что максимальный предел прочности при сжатииимеют образцы, содержащие 20 мас.
% кварца фракции менее 0,005 мм и 30 мас.98% фракции 0,01–0,04 мм. При этом максимуму прочности соответствуетнаибольшая средняя плотность.Данные термографического и рентгенографического анализов показали, чтоцементирующие соединения всех образцов представлены низкоосновными гидросиликатами кальция. Следовательно,фракция кварца 0,01–0,04 мм обеспечивает более высокое повышение прочностикак за счет более плотной упаковки мате-Рисунок 2.30 – Предел прочности при сжа-риала, так и за счет формирования болеетии и средняя плотность известково-прочной микроструктуры цементирую-песчаных образцов в зависимости от со-щего соединения.Для изучения влияния композициииз мономинеральной глины и тонкодис-держания тонкодисперсного кварца: 1, 3 предел прочности при сжатии; 2, 4 средняя плотность; фракция кварца, мм:1, 2 менее 0,005; 3, 4 0,010,04персного кварца готовили смеси из кварца фракции менее 0,005 мм и 0,01–0,04 мм в соотношении кварца к мономинеральной глине от 0/100 до 100/0.
Смесь глины с кварцем фракции менее 0,005 ммвводили в известково-песчаную массу в количестве 5 и 20 мас. %, с кварцемфракции 0,01–0,04 мм – 20 мас. %. Содержание CaOакт составляло 8 мас. % (Рисунок 2.31).Предел прочности при сжатии образцов, содержащих 20 мас. % каолинитовой глины, составляет 17,4 МПа. При увеличении содержания в составе композиции кварца фракции менее 0,005 мм (см. рисунок 2.31, кривая 1) до соотношения70/30 прочность равномерно возрастает, достигая 21,7 МПа. С увеличением соотношения до 80/20 прочность повышается до 25,6 МПа.
При увеличении соотношения кварца к глине выше 90/10 прочность резко возрастает и при соотношении100/0, т.е. при содержании в сырьевой смеси тонкодисперсного кварца 20 мас. %,прочность составляет 43,1 МПа.99Рисунок 2.31 – Предел прочности при сжатии вяжущего в зависимости от соотношения тонкодисперсного кварца и глинистых минералов: содержание композиции(кварц + глинистые минералы) в сырьевой смеси, мас. %:1, 3, 4, 6 20; 2, 5 5.
Тип глинистого минерала в модельной системе: 1, 2, 3 каолинит;4, 5 ,6 монтмориллонит; фракция кварца: 1 ,2 ,4, 5 менее 0,005 мм, 3, 6 0,010,04 мм;7 известково-песчаные образцы (контрольный состав)Предел прочности при сжатии образцов с содержанием 20 мас. % монтмориллонитовой глины составляет 19,1 МПа. Увеличение соотношения в композиции кварц/глина до 70/30 прочность возрастает до 38,14 МПа (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
