CC BY
45
Свойства образцов прозрачной керамики 3,6 и 12 мол. %
Кол-во Ег203, мол. % X, % Рср., г/см W, % По, % Ротн., %
3 65 5,19 0 0 99,31
6 62 5,37 0 0 99,23
12 60 5,72 0 0 99,18
Таким образом, получена оптически прозрачная керамика в системе У20з - Ег20з. С содержанием оксида эрбия 3, 6, и 12 мол. %. Петрографические исследования показали однородность кристаллов по показателю преломления. Размер кристаллов 1-6 мкм. Величина прямого светопропуска-ния составила 65, 62 и 60% соответственно. Данный материал не содержит ионы четырехвалентных металлов, что может позволить использовать его в лазерной технике.
УДК 691:620.17:628.544
Н.Н. Клименко, Н.Ю. Михайленко
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ ТВЕРДЕНИЯ
ВЫСОКОКРЕМНЕЗЕМИСТОГО МАТЕРИАЛА СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
In this paper investigated the effect of curing on the strength of building material based on blast furnace slag Open Society «Uralstal», quartz sand, Yamal and liquid glass binder in the manufacture of building materials. It is shown that the optimal composition for this condition is the heat and humidity treatment.
В работе исследовали влияние условий твердения на прочность строительного материала на основе доменного шлака ОАО «Уралсталь», кварцевого песка Ямала и жидкостекольного связующего при изготовлении строительных материалов. Показано, что оптимальным для данного состава условием является тепловлажностная обработка.
Строительство наиболее успешно развивается при условии повышения качества, расширения номенклатуры и снижения стоимости строительных материалов и изделий. Наиболее перспективным направлением является комплексное использование материалов из местного сырья, в том числе из отходов промышленности, вторичного и попутно добываемого сырья (техногенного сырья), что обеспечивает ресурсо- и энергосбережение как в период строительства, так и в процессе эксплуатации построенных зданий.
Вследствие возросшей актуальности экономии энергетических ресурсов, проблем экологического характера и острой потребности в эффективных строительных материалах большой интерес представляют строительные материалы на основе шлаков, активированных щелочными компонентами.
Известны вяжущие на основе доменных шлаков и наполнителей на жидкостекольном связующем, в которых в качестве наполнителей использовалась обожженная и необожженная глина [1], молотый шамот [2], бой керамического кирпича [3].
С целью расширения сырьевой базы, увеличения предела прочности при сжатии и снижения себестоимости материала в данном исследовании в качестве заполнителя был использован кварцевый песок.
В качестве кальцийсиликатной составляющей могут применяться гранулированные доменные и электротермофосфорные шлаки, соответствующие ГОСТ 3476-74 «Шлаки доменные и электротермофосфорные гранулированные для производства цементов» Для изготовления образцов использовали гранулированный доменный шлак ОАО «Уралсталь».
В качестве щелочного компонента использовали жидкое стекло, соответствующее ГОСТ 13078-81 «Стекло натриевое жидкое. Технические условия». Модуль жидкого стекла равен 3, плотность 1,48 г/см3. Химический состав исходных сырьевых компонентов представлен в табл. 1.
Табл. 1. Химический состав исходных сырьевых материалов.
Вид сырья Содержание оксидов, масс. %
8Юо А120З Ре203 МЙО СаО КЮ ТЮо ЯОз ^общ
Кварцевый песок 96,27 2,02 0,26 - - 0,21 1,01 0,23 - -
Доменый шлак 44,32 5,84 0,41 4,59 - 44,43 - - 0,05 0,36
Жидкое стекло* 72,57 0,64 - 26,04 0,430 - - 0,32 -
* в пересчете на сухое вещество
Табл. 2. Состав сырьевой смеси синтезируемого материала.
Сырьевой компонент Содержание, масс. %
Кварцевый песок 48-50
Доменный шлак 30-32
Жидкое стекло 17-20
Образцы для испытаний готовили следующим образом. Гранулированный доменный шлак подвергали совместному помолу с кварцевым песком до удельной поверхности 4500-5000 см2/г. Измельченную смесь затворяли водным раствором силиката натрия. С целью снижения себестоимости материала без значительных потерь прочности соотношение кварцевый песок : доменный шлак было выбрано равным 60:40. Состав
сырьевой смеси приведен в табл. 2.
Целью данного исследования являлась оптимизация условий обработки материала для достижения максимальной прочности.
Чтобы повысить прочность и снизить пористость, образцы изготавливали методом прессования. Для определения оптимальных условий твердения образцы помещали в разные условия. Часть образцов набирали прочность в течение 28 суток при комнатной температуре во влажных, нормальных и сухих условиях. Другие подвергли сушке при 160° С в течение 6 часов или пропарке при 85° С по режиму 2+6+2. После затвердевания испытывали предел прочности образцов при сжатии и при изгибе (рис. 1).
Наибольшей прочностью обладают образцы после тепловлажностной обработки, а также после твердения в нормальных условиях, то есть при повышенной влажности. Наименьшая прочность у образцов, твердевших на воздухе, и подвергнутых сушке, причем прочность образцов после тепловлажностной обработки в два раза больше прочности образцов, твердевших в воздушно-сухих условиях.
60
50
40
г зо
Ь 20
10
¡¡¡й
ВСУ (28) ТО ВВУ (28) НУ (28) ТВО
Условия твердения
I Сжатие
Изгиб
Рис. 1. Влияние условий твердения на предел прочности при сжатии и при изгибе.
Известно, что высокая прочность материалов на основе доменных шлаков, активированных жидким стеклом, после тепловлажностной обработки определяется образованием в них гидросиликатов кальция. В результате активного взаимодействия шлака с жидким стеклом происходит гидратация щелочноземельных оксидов, частичное замещение щелочноземельных элементов ионами водорода или гидроксония и образование щелочноземельных гидросиликатов типа КгОБЮг'пНгО в аморфном или субмикрокристаллическом состоянии [4]. Есть сведения о взаимодействии тонкоизмельченного кварцевого песка с щелочными растворами с образованием гидросиликатов и гидратов щелочей [5]. Ю. М. Буттом было показано, что при комнатной температуре взаимодействие
оксида кальция с кристаллической формой кремнезема происходит очень медленно и гидросиликаты кальция образуются в течение нескольких месяцев.
На рентгенограмме (рис. 2 а), снятой после 28 суток воздушного твердения образца самые интенсивные линии принадлежат кварцу (3,33 А°. 2,45 А°). Однако, появилась и линия, соответствующая гидросиликату кальция (3,02 А°). Это свидетельствует о появлении новой фазы, являющейся, по-видимому, продуктом взаимодействия щелочной составляющей жидкого стекла с активным компонентом смеси — доменным шлаком. Наличие только одной линии можно объяснить тем, что вследствие короткого срока твердения образца и низкого соотношения СаО:8Ю2, новая фаза образуется в очень небольшом количестве и на рентгенограмме проявляется только самая интенсивная линия из серии, характеризующей данное вещество.
Косвенным подтверждением наличия гидросиликата кальция в образцах является то, что на рентгенограмме (рис.2 б) образца, термообработанного при 1150°С присутствуют новые линии, соответствующие межплоскостным расстояниям 2,94 А°, 2,18 А°, 1,75 А°, которые характерны для волластонита, обычно кристаллизующегося из гидросиликата при температуре свыше 800°С.
Наличие при этой температуре экзотермического эффекта на термограмме также свидетельствует о присутствии в образцах гидросиликата кальция.
Рис. 2. Результаты рентгенофазового анализа образцов: а - после 28 суток воздушного твердения; б - после термообработки при 1150°С.
Таким образом, были исследованы различные условия твердения материала на основе кварцевого песка и доменного шлака, активированных водным раствором силиката натрия. Наибольшей прочностью обладают образцы, подвергнутые тепловлажностной обработке. Набор прочности происходит благодаря гидросиликатному твердению, т. е. взаимодействию жидкого стекла с кальцийсиликатной составляющей доменного шлака.
Библиографические ссылки
1. Глуховский, В. Д. Шлакощелочиые бетоны на мелкозернистых заполнителях/В. Д. Глуховский. Киев: Вища школа, 1981. 58 с.
2. Авторское свидетельство СССР №697429, МКл. С04В 7/14, 18.11.79.
3. Патент RU 2296724 С04В 7/153 Вяжущее (варианты).
4. Глуховский, В.Д. Шлакощелочиые цементы и бетоны /В. Д. Глуховский, В.А. Пахомов. Киев: Буд1вельник, 1978. С. 8-10.
5. Ходаков, Г.С. О Механизме твердения тонкоизмельченного известково-песчаного вяжущего без гидротермальной обработки/Г.С. Ходаков. М.: Государственное издательство литературы по строительным материалам, 1957. С. 3-5.
УДК 691:620.17:628.544
И.Ю. Колокольчиков, П.Д. Саркисов, Л.А. Орлова Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ВЫСОКОКРЕМНЕЗЕМИСТЫЙ КОМПОЗИТ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
In this study high-silica glass-ceramic composite was synthesized using ceramic technology. The process of sintering and crystallization in obtaining the composite were studied. The technological parameters: the dispersity of used raw materials, the ratio of binder: filler, temperature-time regime of heat treatment were worked out. The phase composition, structure, mechanical and chemical properties of high-silica composite were investigated.
В работе был синтезирован высококремнеземистый стеклокристаллический композит с применением керамической технологии; изучены процессы спекания и кристаллизации при получении композита; разработаны технологические параметры: дисперсность применяемого сырья, соотношение связующее: наполнитель, температурно-временной режим термообработки; исследованы фазовый состав, структура, механические и химические свойства высококремнеземистого композита.
Современное строительство требует создания новых высокопрочных долговечных строительных материалов, сочетающих высокие эксплуатационные свойства с применением дешевых сырьевых компонентов, энергоэффективной технологии и сведением к минимуму транспортных затрат на перевозку строительной продукции[1-3].
Цель данной работы - синтез строительного материала с максимально возможным количеством кварцевого песка и отходов производства, в частности доменного шлака. В качестве сырьевых компонентов использовали пески Ямала и доменный шлак «Уралсталь».
В работе были решены следующие основные задачи:
