УДК 691.335:666.973

ИССЛЕДОВАНИЕ КРЕМНИСТЫХ ПОРОД ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА

Уразова Алина Андреевна1, Коровкин Марк Олимпиевич2, Ерошкина Надежда Александровна3
1ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», студент
2ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., доцент
3ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., инженер-исследователь

Аннотация
В статье рассматриваются результаты исследования материалов ячеистой структуры на основе опоки и диатомита. Установлено, что на основе опоки и жидкого стекла может быть получен теплоизоляционный строительный материал, не уступающий по соотношению прочности и плотности безавтоклавному ячеистому бетону на основе портландцемента.

Ключевые слова: диатомит, жидкое стекло, кремнистые породы, опока, ячеистый бетон


INVESTIGATION OF SILICEOUS ROCKS FOR PRODUCTION OF CELLULAR CONCRETE

Urazova Alina Andreevnа1, Korovkin Mark Olimpievich2, Eroshkina Nadezhda Aleksandrovna3
1Penza State University of Architecture and Construction, Student
2Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
3Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Engineer-researcher

Abstract
The paper describes the results of the study of the materials with cellular structure on the basis of opoka and diatomite. It was established that thermal insulating material on the basis of liquid glass and opoka can be obtained. This material has the strength and density such as non-autoclave cellular concrete based on Portland cement.

Keywords: cellular concrete, diatomite, liquid glass, siliceous rock


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Уразова А.А., Коровкин М.О., Ерошкина Н.А. Исследование кремнистых пород для производства ячеистого бетона // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 6 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/06/53968 (дата обращения: 20.11.2016).

Производство ячеистых бетонов относится к числу перспективных направлений использования геополимерных вяжущих в строительстве [1]. Повышенная вязкость разрушения геополимеров в сравнении с цементным камнем, а также низкая энергоемкость технологии обеспечивают преимущества геополимерных вяжущих в сравнении с портландцементом для производства неавтоклавных ячеистых бетонов.

Наиболее энергоемкой технологической операцией в производстве геополимерных вяжущих является помол сырья [2]. В связи с этим при выборе сырьевых материалов должно отдаваться предпочтение дисперсным или легко измельчаемым материалам.

К числу наиболее перспективных видов минерального сырья для получения геополимерного вяжущего для производства теплоизоляционных материалов в Пензенской области относятся кремнистые осадочные горные породы – опока и диатомит [3]. Опоки – это легкие плотные тонкопористые породы, состоящие в основном из мельчайших частиц (менее 0,005-0,001 мм) опал-кристобалита. Диатомит представляет собой слабосцементированные остатки кремнистых скелетов микроскопических водорослей с развитой внутренней поверхностью. Запасы этих горных пород в Пензенской области cоставляют сотни миллионов тонн.

В качестве дисперсного компонента для приготовления вяжущего для ячеистого бетона была использована Пензенская опока, измельченная до дисперсности 15000 и 22000 см2/г, а также Инзенский диатомит, измельченный до удельной поверхности 660…670 м2/кг. Для получения ячеистой структуры применялся газообразователь (алюминиевая пудра марки ПАК-3), который вводился в смесь при перемешивании сухих компонентов.

В качестве модифицирующих добавок использовались доменный гранулированный шлак Новолипецкого комбината, измельченный до дисперсности 200…400 м2/кг, микрокремнезем (МК) Липецкого металлургического комбината.

Химический состав перечисленных выше материалов приводится в табл. 1.

Таблица 1 – Химический состав исследуемых материалов

Сырье SiO2 CaO MgO Fe2O3
Feo
Al2O3 SO3 MnO п.п.п
Опока Пензенская 81-85 0,8-1,4 < 1,2 <1,5 5,4-7,3 - - 5,33
Инзенский диатомит 84,0 1,14 1,33 1,98 6,26 1,02 - 3,8
Шлак Новолипецкий 38,64

41,93

7,24 0,19
0,69
8,81 0,14 1,06 1,3

Для активизации процесса твердения использовалось натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 2,70, и плотностью 1,47 г/см3, в которое вводился гидроксид натрия технический в количестве, обеспечивающем снижение силикатного модуля до 1,57. Кроме того, для приготовления некоторых составов использовались известь строительная и сода кальцинированная.

Для исследования измельчаемости горных пород и шлаков в экспериментах использовалась малая лабораторная шаровая мельница диаметром и длиной 150 мм. Масса мелющих тел во всех опытах была постоянной и составляла 1,5 кг. Продолжительность помола изменялась в зависимости от цели исследования. Измельчение велось в течение 10…20 минут. Затем из мельницы извлекались 3 пробы для определения удельной поверхности материала. После измерения дисперсности материала пробы возвращались в мельницу для продолжения помола. В течение каждого опыта проводилось 5…10 замеров удельной поверхности. По полученным результатам строилась зависимость удельной поверхности от времени измельчения.

Тонкость помола порошка оценивалась на приборе ПСХ-2. В связи с тем, что масса пробы материала для этого прибора зависит от его плотности, это свойство определялось для каждого исследуемого материала пикнометрическим методом.

При изготовлении ячеистого бетона сначала приготавливался активатор твердения: для этого щелочь растворялась в воде и к полученному раствору добавлялось растворимое стекло. На следующей стадии в течение 5 минут в шаровой мельнице или вручную производилось перемешивание сухих компонентов: опоки, диатомита, шлака, извести и микрокремнезема и т.д. до однородного состояния. Затем в чаше затворения перемешанный порошок разогревался при температуре 40-50°С для повышения активности горных пород. После этого разогретый порошок смешивался с активирующим раствором и укладывался в форму. Набор прочности ячеистого бетона или вяжущего проходил как в нормальных условиях, так и при термической обработке в термостате при температуре 60°С.

Опытным путем было подобрано количество воды необходимое для получения расплыва смеси около 180 мм на встряхивающем столике по ГОСТ 310.4-81. Было приготовлено 8 смесей, которые перемешивались с жидким стеклом в соотношении 1:1. Результаты определения расплыва смеси через различные промежутки времени приводятся в табл. 2.

Таблица 2 – Водопотребность и кинетика изменения расплывов смесей

Состав дисперсного наполнителя

Добавка воды в % от массы сухого вещества

Расплыв смеси, мм, через различные интервалы времени, мин

1

3

6

9

12

15

18

Опока

37,2

184

176

171

162

153

144

138

Опока+8% МК

40,2

178

160

151

142

128

110

Опока+15 % шлака

33,3

181

154

129

104

Диатомит

36,1

182

167

162

156

141

130

124

Диатомит+8% МК

41,2

177

162

142

129

113

100

Диатомит+15 % шлак

32,4

179

155

123

103

Опока+15 % Шлак+8% МК

42,7

177

142

115

Диатомит+15 % Шлак+8% МК

48,7

175

136

102

Как видно из данных в табл. 2 добавка шлака значительно снижает водопотребность смеси, а микрокремнезем повышает эту характеристику, что связано, вероятно, с дисперсностью этих материалов, требующих в первом случае меньше жидкости для смачивания поверхности частиц, а во втором – больше.

Введение добавки шлака и микрокремнезема ускоряет потерю подвижности смеси из-за более высокой (в сравнении с опокой и диатомитом) скорости взаимодействия с силикатом натрия. Проведенный эксперимент показал, что использование микрокремнезема в сырьевой шихте с точки зрения водопотребности и жизнеспособности смеси не оправдано. Составы на основе опоки дольше сохраняют подвижность, чем составы на основе диатомита, в связи с чем, для приготовления ячеистого бетона использовалась опока.

Для оценки влияния соотношения опоки и жидкого стекла, а также времени выдержки смеси был реализован двухфакторный план эксперимента. Пористая структура материала получалась за счет нагрева смеси до температуры кипения воды в микроволновой печи в течение 3 минут при мощности 800 Вт. Вспучивание смеси производилось в деревянной кубической форме с длиной ребра 50 мм. После вспучивания и остывания образца у него срезалась горбушка, затем он измерялся, взвешивался и испытывался на прочность при сжатии. Результаты испытания приводятся в табл. 3.

Таблица 3 – Влияние соотношения жидкое стекло:наполнитель и времени предварительной выдержки на свойства материала

№ опыта

Значение исследованных факторов

Свойства материала

Примечание

Соотношение жидкое стекло:опока

Предварительная выдержка, мин

Плотность, кг/м3

Прочность, МПа

1

1:3

5

После перемешивания получена рыхлая не связанная смесь

2

1:3

15

3

1:3

25

4

1:1

5

570

1,49

5

1:1

15

821

2,33

6

1:1

25

727

2,30

7

3:1

5

484

1,13

8

3:1

15

655

1,85

9

3:1

25

374

0,72

Составы 1-3 с низким содержанием жидкого стекла представляли собой после приготовления рыхлую массу, частицы которой не связаны между собой. Плотность составов при повышении времени выдержки с 5 до 15 мин возрастает, а затем, при увеличении продолжительности выдержки до 25 мин снижается. Дальнейшее увеличение продолжительности выдержки было невозможно потому, что смесь теряла пластичность и ее невозможно было уложить в форму.

Сравнение прочностных показателей и плотности полученных материалов с характеристиками других теплоизоляционных материалов (см. рис. 1) [4, 5] позволяет сделать вывод о том, что прочность исследованного материала не уступает прочности цементного неавтоклавного ячеистого бетона при равных значениях плотности.

Рисунок 1 – Зависимость прочности от плотности для исследуемого материала и других теплоизоляционных материалов

Выводы

На основе опоки и жидкого стекла может быть получен теплоизоляционный строительный материал, не уступающий по соотношению прочности и плотности безавтоклавному ячеистому бетону на основе портландцемента.


Библиографический список
  1. Davidovits J. Geopolymer chemistry and applications. 3rd eddition. –France,Saint-Quentin: Institute Geopolymer, 2011. – 614 p.
  2. Ерошкина Н.А. Геополимерные строительные материалы на основе промышленных отходов: моногр. / Н.А. Ерошкина, М.О. Коровкин. – Пенза: ПГУАС, 2014. – 128 с.
  3. Ерошкина Н.А., Коровкин М.О., Полубаров Е.Н., Аксенов С.В. Теплоизоляционные геополимерные строительные материалы на основе опоки // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/04/51890 (дата обращения: 22.04.2015).
  4. СНиП II-3-79* Строительная теплотехника.
  5. Коровяков В.Ф. Эффективный теплоизоляционный материал «Эволит-термо» // Строительные материалы. – 2003. – № 3. – С. 14-15.


Все статьи автора «Коровкин Марк Олимпиевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация