Влияние активной минеральной добавки – термообработанного туффита на свойства силикатного кирпича

Influence of an active mineral additive - thermal processed tuffit on the properties of silicate brick
Цитировать:
Влияние активной минеральной добавки – термообработанного туффита на свойства силикатного кирпича // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Джандуллаева М.С. [и др.]. 2020. № 2 (71). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/8777 (дата обращения: 21.09.2021).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В работе представлены результаты исследования нормального сцепления поверхности силикатных образцов с добавками термообработанного туффита с кладочным раствором. Показано, что обжиг природного туффита при температуре 600°С, в течение 2 часов позволяет повысить содержание активных SiO2 и Al2O3 в туффите.

Установлено, что остаточная гидравлическая активность автоклавированных силикатных образцов с добавками термообработанного туффита обуславливает химическое взаимодействие их поверхности к кладочному раствору в процессе твердения.

Максимальное нормальное сцепление силикатных образцов, содержащих 20% термообработаного туффита с цементно-известково-песчаным раствором в 28 суточном возрасте равнялось 0,23 Мпа.

ABSTRACT

The paper presents the results of a study of the normal adhesion of the surface of silicate samples with the addition of heat-treated tuffite with masonry mortar. It was shown that firing of tuffites at a temperature of 600 ° C for 2 hours makes it possible to increase the content of active SiO2 and Al2O3 in tuffite.

It is established that the residual hydraulic activity of autoclaved silicate samples with the addition of heat-treated tuffite causes the chemical interaction of their surface with the masonry mortar during hardening.

The maximum normal adhesion of silicate samples containing 20% ​​heat-treated tuffite with cement-lime-sand mortar at 28 days of age was 0,23 MPa.

 

Ключевые слова: гидравлически активная добавка, туффит, термообработка, сцепляемость, прочность, силикатный кирпич.

Keywords: hydraulically active additive, tuffit, heat treatment, adhesiveness, strength, silicate brick.

 

Туффит - природный дисперсный кремнезём, характеризующийся высокой прочностью при высокой пористости, неразмокаемостью в воде, устойчивостью к действию кислот и щелочей. Уникальные свойства этого природного аморфного кремнезёмсодержащего материала позволяют предположить возможность применения его в качестве активной гидравлической добавки для получения прессованных силикатных материалов автоклавного твердения с высокой адгезией к кладочным растворам, низкой теплопроводностью и плотностью.

Туффитовая порода Керменинского месторождения применявшегося в качестве гидравлически активной добавки распложен в 15 км к юго-западу от станции Кермени.

Химический состав туффита Керменинского месторождения состоит в основном из SiO2 - 54,73%, и в значительном количестве в его составе содержатся Al2O3 -10,04% и CaO - 9,95%. Результаты химического анализа показали, что состав туффитовой породы характеризуется высоким содержанием карбонатов кальция и наличием значительного количества глинистой составляющей. Поэтому силикатные смеси с естественной туффитовой породой, вследствие содержания монтмориллонита в породе, характеризующегося высокой водопотребностью, вязки при формовке, плохо поддаются уплотнению при формовании. Все это ставит под сомнение целесообразность использования туффитовой породы в естественном виде в качестве активной минеральной добавки в производстве силикатного кирпича.

С целью устранения влияния глинистых примесей присутствующих в туффите и для установления оптимальной температуры обжига исследуемая добавка подвергалась термической обработке при температурах 500, 600, 700 и 900 °С. Обжиг туффитовой породы осуществляли в лабораторной муфельной печи и выдерживали в исследуемых температурах в течение 2 часов. Перед обжигом туффит подвергался дроблению в щековой дробилке до полного прохождения через сито № 0315.

Фазовые изменения, происходящие при обжиге туффитовых пород при температурах 500, 600, 700 и 900 °С, определяли сравнением рентгенограмм туффитов (рис.1).

 

 

Рисунок 1. Рентгенограммы туффитовых пород:

1-исходной туффит; 2-обожженный туффит при 500 °С; 3-обожженный туффит при 600 °С; 4-обожженный туффит при 700 °С; 5-обожженный туффит при 900 °С

 

На рентгенограмме исходного туффита четко фиксируется наличие кварца (d/n = 0,181; 0,199; 0,228; 0,333; 0,424 нм), кальцита (d/n = 0,187; 0,249; 0,302; 0,384 нм), полевых шпатов (d/n = 0,190; 0,295; 0,395 нм) гидрослюд (d/n =0,256; 0,298; 0,323 нм), каолинита (d/n = 0,278; 0,397; 0,409; 0,446; 0,766 нм) и монтмориллонита (d/n = 0,245; 0,98 нм) (рис.1.1).

Анализ рентгенограмм туффитов подтверждает устойчивость структуры туффита при 500 °С, и что нагрев туффита при 500 °С не приводит к потере пластических свойств и снижению водопотребности туффита (рис.1. 2).

На рентгенограмме образца, обожженного при 600 °С (рис.1.3), интенсивность рефлексов значительно уменьшилась по сравнению с исходным и обожженным при 500 оС туффитом. Сравнением результатов анализа рентгенограмм исходного и термообработанных при 500, 600 оС  туффитов отмечено, что на рентгенограмме у обожженного при 600 оС туффита степень аморфизации каолинита и монтмориллонита определяется по уменьшению их максимальных отражений. Это говорит о том, что при термической обработке туффита при 600 оС обезвоживается химически малоактивный каолинит (Al2O3∙2SiO2∙2Н2О) и переходит в активный каолинитовый ангидрид — метакаолинит Al2O3∙2SiO2, аморфизированный в результате удаления гидратной воды, обладающий значительной активностью при взаимодействии с гидратом окиси кальция и водой, при этом уменьшается водопотребность добавки [1]. Этому способствует также аморфизация монтмориллонита. На рентгенограммах обожженного туффита при 600 °С интенсивность рефлексов кварца усиливается (d/n = 0,181; 0,199; 0,228; 0,333, 0,424 нм). Термическая обработка туффитовой породы при температуре 600 оС приводит к повышению активности глинистых компонентов, содержащихся в добавке, за счет образования активной аморфной фазы в результате разрушения структуры каолинита и монтмориллонита [2].

Как ранее отмечалось, изучаемые туффитовые породы, кроме глинистых минералов, содержат значительное количество карбоната кальция. В результате рентгеновского анализа обжиг туффитовой породы при температуре 600 °С не приводит к разложению СаСО3 (рис.1.3), тогда как при обжиге туффита при 700 °С интенсивность линий СаСО3 (d/n = 0,187; 0,249; 0,3029; 0,384 нм) падает, а при 900°С, они исчезают (рис.1. 4-5). Обжиг при высоких температурах (700-900°С) приводит к снижению активности породы за счёт связывания активных SiO2 и Al2O3 известью, образующейся при разложения СаСО3 содержащейся в породе.

В данном случае представляет интерес обжиг туффитов при 600°С, дегидратация глинистых минералов при этой температуре, в основном заканчивается, а процесс взаимодействия извести с активными компонентами породы протекает слабо.

Таким образом, у туффита рентгеновским анализом обнаруживаются изменения кристаллических фаз в процессе обжига, а следовательно, имеют место структурные изменения.

Активность минеральной добавки до и после термообработки определяли методом поглощения извести из известкового раствора [3], а содержание активных SiO2 и Al2O3 в природном и термообработанном туффите определяли по O’z DSt 901-98 [4].

Результаты исследования приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Активность туффитовой породы в естественном состоянии и термообработанном при 600 °С

Вид добавки

Количество поглощения СаО, мг/г

Содержание активных оксидов, %

Набухание осадка, мм

SiO2

Al2O3

начало

конец

Туффит природный

276,90

16,47

3,87

18

44

Туффит термообработанный

328,38

19,49

5,17

8

31

 

Из табл. 1 видно, что по содержанию активных SiO2 и Al2O3, термообработанные туффиты значително отличаются от породы в естественном состоянии. Активность по поглощению извести из раствора у термообработанных образцов возросла, набухаемость их повысилась. Данный эффект обусловлен наличием в составе туффита аморфного кремнезема и глинозёма, и предположительно повышающейся активности за счет разложения природных гидратов, и удаления воды, связанной с кремнеземом и глинозёмом в макро- и микрокапиллярах, осуществляемой при температуре 600 оС. В прямой зависимости от содержания растворимого кремнезема находится активность образцов по поглощению оксида кальция.

Остаточная гидравлическая активность автоклавированных силикатных образцов с добавками термообработанного туффита обуславливает химическое взаимодействие их поверхности к кладочному раствору в процессе твердения, так же как и с взаимодействием обычных активных добавок с клинкерными минералами [5].

Для определения остаточной активности автоклавированные образцы с исходными и термообработанными туффитовыми добавками (по режиму 2+8+2 при давлении пара 0,8 МПа) измельчались до остатка 10% на сите № 008. Затем определяли поглощению измельченной пробой извести из раствора и содержание активных SiO2 и Al2O3 по O’z DSt 901-98. Результаты исследований представлены в табл.2.

Полученные данные исследований свидетельствуют о том, что автоклавированные силикатные образцы с добавками исходного и термообработанного туффита обладают определенной остаточной гидравлической активностью и даже в том случае, когда количество добавки равно 10%.

При введении термообработанного туффита количество оксида кальция, поглощенной из насыщенного раствора 1 г материала, в несколько раз больше, чем у образцов содержащий исходной туффит и без добавочными. Повышение содержание термообработанного туффита увеличивает поглощение СаО и высокая активность (по поглощенной извести) свойственна образцам, содержащим 40% термообработанного туффита. Так и расчетное содержание остаточной активности SiO2 пропорционально количеству введенного в шихту термообработанного туффита.

Таблица 2.

Остаточная активность автоклавированных образцов с добавками исходного и термообработанного туффита

Автоклавированные образцы с добавками

Количество поглощения СаО, мг/г

Остаточное содержание активных оксидов, %

Набухание осадка, мм

SiO2

Al2O3

Без добавки

10,9

-

-

1,2

С термообработанным туффитом 10%

30,2

2,4

1,8

1,8

С термообработанным туффитом 20%

70,6

4,6

2,6

3,0

С термообработанным туффитом 40%

119,6

8,5

5,3

7,9

С исходным туффитом 10%

26,6

1,6

0,9

1,7

С исходным туффитом 20%

52,8

2,9

1,4

2,7

С исходным туффитом 40%

116,7

3,6

2,8

7,2

 

Объем осадка в насыщенном известью растворе при увеличение содержании термообработанного туффита, также увеличивается в большей степени, чем для образцов с добавкой исходного туффита.

Остаточная гидравлическая активность автоклавированных образцов с добавкой термообработанного туффита обуславливается не только повышенным содержанием активного кремнезема, но и заметным содержанием активного Al2O3 (от 1,8% до 5,3%).

Определенный интерес представляет изучение нормального сцепления поверхности силикатных образцов с добавками термообработанного туффита с кладочным раствором, как конкретного следствия химического взаимодействия.

Для испытания на нормальное сцепление образцы размером 4х4х16 мм, склеивали цементным раствором марки 50 на крест. Применяли цементно-известково-песчаный раствор (1:0,7:6) из портландцемента М-400, гашеной извести (СаОакт. 90%) и речного песка с модулем крупности (Мкр 1,24). Водотвердое отношение в растворе равно 0,27. Приготовление кладочного раствора осуществляли в соответствии с ГОСТ. После склеивания силикатные образцы в течение 7 и 28 суток, 3, 6, 12, 24 месяцев хранили в воздушно-сухих условиях (температура 20 оС, относительная влажность 85%) и затем испытывали на нормальное сцепление. Через определенное время твердения производили отрыв одного образца от другого силой, нормальной к плоскости шва. Прочность сцепления силикатного кирпича на отрыв с кладочным раствором определяли согласно КМК 2.01.03-96.

В рис. 2 приведены расчетные значения нормального сцепления автоклавированных силикатных образцов с добавкой термообработанного туффита.

 

 

Рисунок 2. Нормальное сцепление силикатных образцов с кладочным раствором

 

Из диаграммы видно, что нормальное сцепление 1 см2 поверхности силикатных материалов с добавкой термообработаного туффита, обладающих остаточной гидравлической активностью, намного выше, чем силикатного образца без добавки. Полученные показатели нормального сцепления образцов не прямо пропорциональны содержанию добавки термообработаного туффита в исследуемых образцах. Напротив, при повышении во всех случаях содержания добавки термообработаного туффита до 40% нормальное сцепление образцов с кладочным раствором незначительно снижалось.

Таким образом, установлено что, максимальное нормальное сцепление силикатных образцов, содержащих 20% термообработаного туффита с цементно-известково-песчаным раствором марки 50 в 28 суточном возрасте равнялось 0,23 МПа, что удовлетворяет требованиям КМК 2-01-03-96 и отвечает кладке первой категории для строительства в сейсмических районах.

Нормальное сцепление образцов без добавки составила 0,08 МПа, что не отвечает требованиям КМК 2-01-03-96 для строительства в сейсмических районах.

Образцы с добавкой исходного туффита остаточная активность которых, меньше по количеству кремнезема и глинозема чем с образцами содержащий термобработанный туффит, имеют (от 0,11 до 0,13 МПа) в 28 суточном возрасте еще не достаточное сцепление с раствором для первой категории кладки Rн.с=0,18 МПа.

Новообразования, обуславливающими сцепление при взаимодействии извести с образцами термообработанного туффита, являются в основном гидросиликатами кальция, дальнейшая кристаллизация их и упрочнение в системе содержащей дополнительно активный метакаолинит происходит гораздо быстрее, чем в системе, содержащий активной кремнезем-известь-вода [6].

Приведенные экспериментальные данные показывают, что силикатный кирпич с активной добавкой термообработанного туффита, содержащий активный кремнезем и метакаолинит, прочно связывает гидроксид кальция кладочного раствора, при этом образуются кристаллические сростки новообразований на поверхности кирпича, повышающие адгезию к кладочным растворам. В процессе связывания извести, наряду с кремнеземом, принимает участие и активный метакаолинит, образовавщийся при обжиге туффита, причем скорость последнего процесса, по вероятности даже больше, чем первого.

 

Список литературы:
1. В.М. Коновалов, Д.М. Гликин, С.С. Соломатова. Использование аргиллитов в производстве смешанных цементов // Современные проблемы науки и образования. – 2015, – №2 (часть 2). – С 34-40.
2. М.Л. Павлов, Р.А. Басимова, О.С. Травкина, А.К. Рамадан, А.А. Имашева. Совершенствование способов синтеза порошкообразного цеолита типа морденит // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. – 2012, – № 2, – С. 1-12.
3. Бутт Ю.М. Практикум по технологии вяжущих веществ / – М.: Высшая школа, 1983. - 504 с.
4. O’z DSt 901-98. Добавка для цементов. Активные минеральные добавки и добавки-наполнители. Технические условия.
5. А.А. Таиров, Б.Н. Нудельман. Улучшение сцепления силикатного кирпича с раствором // Строительные материалы. – 1969. – № 9. – С. 27-31.
6. Джандуллаева М.С., Атакузиев Т.А. Возможность использования термообработанного туффита в качестве гидравлически активной добавки при производстве силикатных изделий // Химическая промышленность. - Санкт-Петербург, 2017. т. 94. - №1. - С. 27-30.

 

Информация об авторах

доцент Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г.Ташкент

Assistant professor of Tashkent Chemical Technology Institute, Republic of Uzbekistan, Tashkent

магистрант Ташкентского химико-технологического института, Узбекистан, г. Ташкент

master of Tashkent Chemical-Technological Institute, Uzbekistan, Tashkent

научный сотрудник Ташкентского химико-технологического института, Узбекистан, г. Ташкент

researcher of Tashkent Chemical-Technological Institute, Uzbekistan, Tashkent

научный сотрудник Ташкентского химико-технологического института, Узбекистан, г. Ташкент

researcher of Tashkent Chemical-Technological Institute, Uzbekistan, Tashkent

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top