Силикатные изделия на основе известково-белитовых материалов, полученных из местных мергелей республики Каракалпакстан

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются химические и физико-механические свойства силикатного кирпича на основе известково-белитовых вяжущих. Представлены результаты исследований, минералогические составы мергеля и температура термообработки известково-белитовых вяжущих (ИБВ). Описана общая технология получения силикатных изделий.

ABSTRACT

The article presents the results of the chemical and physico - mechanical properties of silicate brick based on calcite – whiteite binders. The results of the mineralogical composition of marl and the temperature of the heat treatment of calcareous – calcite binders (IBS) are presented. General thechnology for producing silicate products. 

Ключевые слова: кварцевый песок, мергель, известь, цемент, портландцемент,  вяжущие, известково-белитовое, автоклав.

Keywords: quartz sand,marl, lime, cement, Portland cement, binders, lime-belite, autoclave

Силикатными материалами и изделиями называются необожженные материалы и изделия на основе минеральных вяжущих - асбестоцементные, гипсовые, силикатные (на основе извести) и магнезиальные с заполнителями (кварцем, песком, шлаком, опилками и т.д.) области применения их чрезвычайно обширно – от несущих и ограждающих конструкции до отделки зданий и сооружении.

Силикатные изделия получают в результате формирования с последующей автоклавной обработкой смеси извести или других вяжущих веществ на её основе тонкодисперсных кремнеземистых добавок, песка и воды. Общая технология получения силикатных изделий обычно складывается из следующих этапов:

1. Получение сырьевой смеси
2. Прессование изделий
3. Обработка в автоклаве изделий
4. Выдержка готовых изделий.    

Изделиями из силикатного бетона принято называть искусственные камни, отформованные из однородных смесей кварцевого песка, вяжущего и воды, которые взяты в строго определенных количествах  и обработанные насыщенным водяным паром при давлении не ниже 0,8 МПа. Из силикатного бетона изготовляют различные строительные материалы – кирпич, блоки и панели для наружных и внутренних стен жилых и промышленных зданий, плиты междуэтажных перекрытий, теплоизоляционные и фасадные плиты.

Увеличить объемы выпуска стеновых материалов можно путем широкого вовлечения в сферу производства местного минерального сырья, например местных мергелей.

Для производства автоклавных строительных материалов используют различные вяжущие, в том числе известково-цементные, для получения которых предпочтительно использование портландцемент с максимальным содержанием белита и минимальным – алюминатных и алюмоферритных минералов, что обусловливается спецификой твердения минеральных вяжущих при автоклавной обработке [1, 2].

Из ранее проведенных нами опытов установлено, что оптимальные характеристика автоклавных образцов получаются при использовании известково-белитового вяжущего (ИБВ) путем обжига мелового мергеля при температуре 1000˚ С [3, с. 471; 4, с. 29-31].

В этой работе в качестве вяжущего автоклавного твердения изучали известково-белитовое вяжущее (ИБВ), которое получали скоростным обжигом мелового мергеля месторождения «Устюрта» Каракалпакстана со следующим минералогическим составам, %: SiO₂ – 20,5; R₂O₃ – 3,87; CaO –38,65; MgO – 1,34; п.п.п. – 35,46; гидравлическая активность – 116 мг CaO.

Известково-белитовое вяжущее получали на агломерационной машине скоростным обжигом смеси гранулированного мергеля и дробленого твердого топлива (14% массы шихты) марки A III Q p/h =5200 ккал/кг. Клинкер (CaO_свод - 1,1%) измельчали до удельной поверхности Sуд=350 м²/кг. Активность использованной в опытах кальциевой извести была 89%.[5, с. 101 - 103; 6, с. 174 - 178].

Образцы (2х2х2 см) формовали методом литья (В/Т-0,35). Режим автоклавной обработки  2+6+2 ч при давлении 0,8 МПа и температуре 174,5˚С.

Изучена композиция: ИБВ – кварцевый песок – вода. Определено оптимальное количество песка в смесях: CaO – кварцевый песок – вода, а также ИБВ – кварцевый песок – вода. В системе известь – кварцевый песок – вода количество CaO изменяли от 20 до 35% с интервалом 5%, а в системе ИБВ – кварцевый песок – вода варьировали содержание ИБВ от 70 до 85% с интервалом 5%.

Образцы, изготовленные с 25% кальциевой извести и 75% молотого кварцевого песка, показали максимальную прочность-11,8 МПа. В смесях ИБВ - кварцевый песок - вода самую высокую прочность – 12,9 МПа имели образцы, в которых было 80% ИБВ и 20% кварцевого песка.

В системе ИБВ – CaO – кварц – вода содержание CaO изменяли от 10 до 60% с интервалом 10%. Количество кварцевого песка рассчитано из ранее установленных составов в системах ИБВ – кварцевый песок и CaO – кварцевый песок. Максимальную прочность – 12,4 МПа обнаружили образцы известково-белитового вяжущего (80% ИБВ+20% извести) с оптимальным количеством кварцевого песка – 46%. Установлено оптимальное содержание песка в других смесях ИБВ. Плотность образцов колебалась в пределах 1500-1700 кг/м³.

Таким образом, исследования ИБВ в гидротермальных условиях показывают, что автоклавная обработка способствует повышению прочности из-за интенсификации процессов образования гидросоединений. В условиях завода строительных материалов на основе ИБВ, полученных термообработкой при 1000° С и с выдержкой 90 минут мергелей месторождения Устюрта и кварцевого песка Нукусского месторождения была выпущена опытно-промышленная партия силикатного кирпича.

После перемешивания ИБВ с песком смесь загружали в формовочную машину СМС-152 и запаривали в тупиковом автоклаве АТ 2х17 при давлении 0,8 МПа. Продолжительность цикла составляла 11 часов.

Через 10 часов после извлечения, образцы кирпича испытывали на изгиб и сжатие на гидравлическом прессе ЗИМ-П-125. [7, с. 223-225; 8, с.   67-74].

Определены физико-механические свойства силикатного кирпича по ГОСТу 379-95, результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты исследований физико-механических свойств силикатного кирпича на основе ИБВ

Согласно ГОСТу 379-95 испытанные на сжатие образцы кирпича соответствуют марке 100-125. Плотность образцов колебалась в пределах 1500–1700 кг/м³.

Следует отметить, что выпущенный силикатный кирпич является одним из видов изделий на основе ИБВ, т.к. на его основе можно получать и другие силикатные изделия (блоки, ячеистый бетон и др.) не уступающие по своим свойствам  изделиям, полученных на основе других вяжущих.

Обобщая результаты исследования, можно сделать вывод, что известково-белитовые материалы на основе местных меловых мергелей, в частности месторождения «Устюрта» Каракалпакстана, представляют собой эффективное вяжущее для изготовления высокопрочных силикатных изделий автоклавного твердения.

Список литературы:
1. Воробьев Х.С. Вяжущие материалы для автоклавных изделий. – М: Стройиздат,1972.
2. Каминскас А.Ю., Саснаускас В.К., Урбонас Л.А. Исследование свойств известково-белитового и белитового вяжущего // (Сб. трудов республиканской конференции / КПИ). –Каунас,1986.
3. Бутт Ю.М., Сычев М.М., Тимашев В.В. Химическая технология вяжущих материалов / Высшая школа, 1980. – 471 с.
4. Блюмен Л.М., Бутт.Ю.М., Воробьев Х.С., Крупин А.А., Образование и свойства известково – белитовых вяжущего // Строит. Материалы,-1965 №8. - С. 29-31.
5. Ю.М. Бутт. , Г.Н. Дудеров., М.А. Матвеев., Общая технология силикатов / М:-Стройиздат, 1972.- С 101-103.
6. Исхаков Р.С., Виноградов Б.Н. Гидравлическая известь из мергелистых известняков для ячеистых бетонов / В сб. «Вяжущие материалы Сибири и Дального Востока». Новосибирск: Наука,- 1970. - С. 174-178.
7. Туремуратов Ш.Н., Нурымбетов Б.Ч., Адылов Д.К. Синтез и исследования известково-белитового вяжущего на основе мергеля Акбурлинского месторождения // Наука и образование Южного Казахстана. - Чимкент. –2000. -№11. - С. 223-225.
8. Туремуратов Ш.Н. Влияние гидротермальной обработки на физико-механические свойства известково-белитовых вяжущих веществ // Вестник Каракалпакского Отделения АН РУз, №4, 2011 г. – С. 67-74.