Диссертация (1141449), страница 19

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 19)

рисунок 2.31,кривая 4). Далее прочность уменьшается и снова резко возрастает, начиная с соотношения кварца и монтмориллонита 90/10.Предел прочности при сжатии образцов с содержанием 5 мас. % глины ниже прочности контрольных образцов, которая составляет 16,4 МПа (см. рисунок2.31, кривая 7). С содержанием каолинитовой и монтмориллонитовой глиныпрочность составляет соответственно 9,2 и 10,7 МПа. С увеличением в композиции доли кварца до соотношения 90/10 прочность равномерно повышается соответственно до 16,0 и 14,2 МПа, (см.

рисунок 2.31, кривые 2 и 5). При дальнейшемувеличении содержания кварца прочность резко возрастает и превосходит прочность контрольных образцов. Необходимо отметить, что для изучаемых мономинеральных глин влияние на прочность образцов изменения соотношения100кварц/глина при содержании композиции в сырьевой смеси 5 мас. % практическиодинакова (см. рисунок 2.31, кривая 2 и 5).Фракция кварца 0,01–0,04 мм при содержании композиции в сырьевой смеси в количестве 20 мас. % оказывает на характер изменения предела прочностипри сжатии примерно такое же влияние, как и фракция кварца менее 0,005 мм, ноабсолютное значение прочности ниже (см.

рисунок 2.31, кривая 3 и 6). Изменениесоотношения кварца к каолинитовой глине в пределах от 0/100 до 50/50 приводитк незначительному снижению прочности. Далее прочность снова повышается,причем, наиболее резко начиная с соотношения 90/10 (см. рисунок 2.31, кривая 3).Эта фракция кварца с монтмориллонитовой глиной оказывает на характер изменения прочности такое же влияние, как и фракция менее 0,005 мм, но абсолютноезначение прочности ниже (см.

рисунок 2.31, кривая 6).Состав новообразований зависит как от типа глины, так и от состава композиции (Рисунок 2.32).Композиция с соотношением кварца к каолинитовой глине 90/10 и 80/20способствует образованию низкоосновных гидросиликатов кальция (экзотермический эффект при 870 С на термограмме и рефлекс 3,038 Å на рентгенограмме).При соотношении 70/30 (см. рисунок 2.32, б, кривая 3) на рентгенограмме появляются рефлексы гидрогранатов (5,00; 2,78; 1,98 Å), интенсивность которых приповышении в композиции доли глины увеличивается. Гидрогранаты также фиксируются на термограммах по эндоэффекту при 350 С.

В тоже время на термограммах экзоэффект низкоосновных гидросиликатов ослабляется, а при соотношении 30/70 полностью исчезает. Однако, эндотермический эффект при 130Суказывает на наличие слабоокристаллизованных гидросиликатов.Количество кремнезема в гидрогранатах при соотношении 70/30 составляет0,7 моль. С увеличением в композиции доли каолинитовой глины рефлекс гидрогранатов раздваивается и появляется пик 2,73 Å, что соответствует синтезу гидрогранатов с содержанием кремнезема 1,5 моль.101а)б)Рисунок 2.32 – Термограммы (а) и рентгенограммы (б) образцов, содержащих 20 мас. %глины и тонкодисперсного кварца:1–5 – каолинит; 6–10 – монтмориллонит; соотношение в добавке кварца и глинистого минерала, мас.

%: 1, 6 – 30/70; 2, 5, 7, 10 – 50/50; 3, 8 – 70/30; 4, 9 – 80/20; фракция кварца, мм: 1–4,6–9 – менее 0,005; 5, 10 – 0,01–0,04Следовательно, если в составе композиции содержание каолинитовой глинысоставляет в пределах 30–70 мас. %, образуются низкоосновные гидросиликатыкальция CSH(B) и гидрогранаты. Выше этого предела образуются гидрогранаты ислабоокристаллизованные гидросиликаты кальция, ниже – преимущественноCSH(B).Новообразования образцов на основе монтмориллонитовой глины представлены преимущественно низкоосновными гидросиликатами кальция CSH(B)(экзотермический эффект при 860 С). В образцах с композицией состава 30/70(см.

рисунок 2.32, б, кривая 6) образуется также тоберморит (11,3; 3,07; 1,84 Å).102Небольшой рефлекс гидрогранатов (2,78 Å) с содержанием кремнезема 0,7 мольфиксируется с композицией с соотношением 70/30. С повышением содержанияглины интенсивность отражения усиливается и возникает дополнительный рефлекс 2,73 Å, что свидетельствует о появлении гидрогранатов с содержаниемкремнезема 1,5 моль. Термографически гидрогранаты не обнаруживаются, чтоговорит о незначительном их содержании в составе цементирующего соединения.Таким образом, с увеличением в композиции содержания доли тонкодисперсного кварца повышается содержание в составе новообразований низкоосновных гидросиликатов кальция и, наоборот, при уменьшении доли кварца повышается количество синтезируемых гидрогранатов.Сравнивая рентгенограммы образцов с содержанием разных фракций кварца с каолинитовой глиной при соотношении 50/50 (см.

рисунок 2.32, б, кривая 2 и5) можно отметить более высокую интенсивность рефлекса гидрогранатов у образцов с кварцем 0,01–0,04 мм, причем, преобладают высококремнеземистые гидрогранаты. Такое же явление наблюдается и для монтмориллонитовой глины (см.рисунок 2.32, б, кривая 7 и 10). Кроме того, появляется рефлекс тоберморита, который в образцах с фракцией менее 0,005 мм возникает только при соотношении30/70.

Эти данные доказывают, что с уменьшением дисперсности кварца за счетснижения его реакционной способности известь интенсивнее реагирует с глинистыми минералами.В образцах с композицией на основе каолинитовой глины состава 90/10 и80/20 по эндотермическому эффекту при 520С и рефлексу 2,62 Å обнаружен несвязанный гидроксид кальция. С увеличением в составе композиции доли глиныэффекты Ca(OH)2 уменьшаются и при соотношении каолинитовой глины к кварцуниже 50/50 полностью исчезают (см.

рисунок 2.32, кривые 1–4). Каолинит в образцах составов 90/10 и 80/20 полностью взаимодействует.С композицией состава 70/30 фиксируется появление непрореагировавшегокаолинита, количество которого увеличивается с дальнейшим уменьшением соотношения тонкодисперсного кварца к глине. В образцах на основе монтморилло-103нитовой глины несвязанный гидроксид кальция остается только при соотношениикварца к глине 90/10.Образцы с содержанием 20 мас. % кварца фракции менее 0,005 мм имеютпрочность 43,1 МПа. Замена этого кварца на каолинитовую глину (соотношение80/20) приводит к резкому снижению прочности до 25,6 МПа (см. рисунок 2.31,кривая 1).

Содержание этой глины во всей сырьевой смеси составляет при этом 4мас. %. Монтмориллонитовая глина в том же количестве снижает прочность до30,3 МПа (см. рисунок 2.31, кривая 4). Снижение прочности в присутствии небольшого количества глины связано с уменьшением количества цементирующихсоединений за счет неполного взаимодействия извести.С дальнейшим повышением общего содержания в сырьевой смеси каолинитовой глины (уменьшение соотношения кварца к каолиниту) количество цементирующих соединений увеличивается за счет реакции минерала со свободной известью.

Однако прочность при этом снижается, так как в составе новообразованийвозрастает доля гидрогранатов, которые обладают слабыми вяжущими свойствами, а также появляется непрореагировавший каолинит.При повышении содержания в сырьевой смеси монтмориллонитовой глиныдо 6 мас. % (соотношение 70/30) прочность возрастает вследствие преобладания всоставе новообразований низкоосновных гидросиликатов кальция, а также появления незначительного количества гидрогранатов, которые оптимизируют структуру цементирующего соединения. Далее прочность падает, вероятно, за счет появления непрореагировавших минералов глины.Расчеты показывают, что для полного взаимодействия содержащейся в смеси извести требуется монтмориллонитовой глины в количестве 9,5 мас.

% (соотношение 53/47). Прочность же начинает снижаться с увеличением содержанияглины с 6 мас. % (с соотношения 70/30). Это можно объяснить тем, что часть извести пошло на реакцию с тонкодисперсным кварцем и на оставшуюся известьтребуется меньше глинистых минералов.Для образцов с содержанием монтмориллонитовой глины и кварца фракции0,01–0,04 мм (см. рисунок 2.31, кривая 6) повышение прочности происходит при104увеличении содержания глины с 4 до 10 мас.

% (от 80/20 до 50/50). Это связано стем, что за счет меньшей реакционной способности этой фракции кварца большеизвести вступает в реакцию с монтмориллонитом и, соответственно, появлениенепрореагировавшего монтмориллонита происходит при более высоком его содержании в исходной смеси. Так как, снижение прочности начинается с содержания в сырьевой смеси монтмориллонита 10 мас. % (с соотношения 50/50), можнопредположить, что вся известь пошла на реакцию с глинистым минералом.Полученные данные подтверждают уже сделанный вывод о том, что в известково-песчано-глинистой смеси с известью реагируют преимущественно глинистые минералы. Свободный кварц оказывает влияние в формировании цементирующего соединения в том случае, если его дисперсность составляет менее0,005 мм.При содержании в сырьевой смеси глины в количестве 5 мас. % изменение вкомпозиции соотношения тонкодисперсного кварца и глинистых минералов дажев широких пределах не может устранить падения прочности, вызванного неполным взаимодействием извести из-за недостатка глины.

Прочность остается нижепрочности контрольных (известково-песчаных) образцов.Предел прочности при сжатии образцов с глиной выше известковопесчаных при содержании глины 20 мас. %. При этом влияние тонкодисперсногокварца оказывается более эффективным. Можно сделать вывод, что наличие в составе сырьевой смеси небольшого количества глинистых минералов (5–10 мас. %)может отрицательно повлиять на прочностные свойства автоклавных материалов.Почти все образцы, содержащие композицию из глины и тонкодисперсногокварца, имеют прочность выше, чем с содержанием одной глины.

Незначительноснижает прочность только каолинит с кварцем фракции 0,01–0,04 мм. Следовательно, наличие в составе глинистой породы тонкодисперсного кварца оказываетположительное влияние на прочность материалов автоклавного твердения. Этовлияние тем больше, чем выше дисперсность кварца.Можно сделать вывод, что эффективно управлять синтезом новообразований можно за счет использования глинистых пород, содержащих 40–70 мас. %105тонкодисперсного кварца. При этом соотношение минеральных фаз «слоистыеалюмосиликаты/высокодисперсный кремнезем» в составе породы находится вдиапазоне 1,5–0,4. Такой состав отвечает глинистым породам незавершенной стадии минералообразования.Таким образом, за счет геологических процессов сформировались породы,обеспечивающие синтез цементирующего соединения полиминерального составаи оптимальной микроструктуры, что позволит получать высокоэффективные автоклавные материалы с низкими энергозатратами.Преимущественная реакция CaO с глинистыми минералами приводит к тому, что прочность автоклавных материалов с добавкой незначительного количества глины снижается из-за неполного взаимодействия извести с кварцем заполнителя.

Характеристики

Список файлов диссертации