Применение минеральных сырьевых ресурсов Пензенского региона для изготовления сухих строительных смесей Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Логанина В. И., д-р техн. наук, проф., Акжигитова Э. Р., аспирант Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

ПРИМЕНЕНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ СЫРЬЕВЫХ РЕСУРСОВ ПЕНЗЕНСКОГО РЕГИОНА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СУХИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ

[email protected]

В статье приведены сведения о возможности повышения прочности и водостойкости известковых композитов введением в рецептуру в качестве активной минеральной добавки недообожжен-ной глины. Показано ускорение отверждения и увеличение на 28% прочности при сжатие. _Ключевые слова: известь, глина, обжиг, декоративный наполнитель, прочность._

Для реставрации зданий и сооружений исторической застройки широкое применение нашли отделочные составы на основе воздушной извести [1]. Однако вопросы обеспечения прочности и водостойкости покрытий на основе известковых составов до настоящего времени остаются актуальными. При создании сухих строительных смесей (ССС), используемых для реставрации зданий и сооружений для повышения водостойкости предлагается введение в рецептуру модифицирующих добавок. Учитывая, что в основном модифицирующие добавки поставляются из-за рубежа, что делает производство ССС зависимым от поставок, нами при разработке известкового состава ССС уделено внимание применению активных минеральных добавок, в частности, обожженной глине.

На территории Пензенской области имеются значительные запасы цветных песок и охристых глин. Цветные пески представлены Нижне-Аблязовским месторождением, охристые глины - Воробьевским месторождением.

Пески Нижне-Аблязовского месторождения предлагается использовать в качестве декоративного наполнителя для ССС. Пески представляют собой мелкозернистую смесь песка и глины, имеющую красно-коричневый цвет. Содержание пигмента в песке составляет 97 кг/м3. Химический состав песков характеризуется следующим соотношением основных компонентов (в %): SiO2 - 89,34-95,48; Al2Oз - 2,45-5,06; Fe2Oз - 0,40-4,72; ™2 - 0,28-0,34; CaO - 0,651,4; MgO - 0,18-0,32; H2O - 0,11-0,39; п.п.п. -0,32-1,10. Запасы песков составляют 82 тыс.т.

Основная задача в оптимизации гранулометрического состава состояла в подборе соотношений между основными фракциями мелкозернистого песка. Выбор того или иного соот-

ношения между фракциями песка зависела от значения насыпной плотности.

На рис. 1 представлен график изменения насыпной плотности при различном сочетании двух фракций песка Нижне-Аблязовского месторождения. Установлено, что песок Нижне-Аблязовского месторождения при соотношении фракций 0,63-0,315:0,315-0,16 соответственно 70:30 % обладает наибольшей насыпной плотностью, составляющей 1410,9 кг/м3. Учитывая, что содержание фракции 0,63-0,315 составляет всего лишь 0,8 %, принято решение о применении песка фракции 0,63-0,16 и насыпной плотностью 1304,7 кг/м3.

Т. 1420

1400 1380 1360 1340 1320 1300 1280

20

40

60

80

100

Фракция 0,63-0,315 ->

Фракция 0,315-0,16 <-

Рис.1. Зависимость изменения насыпной плотности песка Нижне-Аблязовского месторождения от соотношения фракций 0,63-0,315:0,315-0,16 Запасы охристых глин Воробьевского месторождения составляют в количестве 429 тыс. т. Глина характеризуется следующим химическим составом (в %): SiO2 -70,28 -75,24; А12О3 - 10,70 - 12,43; Fe2O3 - 6,57 -8,21; п.п.п. - 4,91 - 10,53. По гранулометрическому составу (табл.1) сырье характеризуется наличием глинистых фракций в количестве 5165 %, пылеватых - свыше 34 %.

Таблица 1

Гранулометрический состав

Размер фракций 0,05-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-10 10-20 20-50 50-100

Содержание,% 6,4 11,69 9,83 6,96 5,4 23,28 25,2 9,73 1,52

Анализ химического состава глины Воро-бъевского месторождения свидетельствует о перспективности разработки минеральной до-

бавки, сочетающей в себе также свойства пигмента.

0

Для повышения прочности покрытий на основе известковых ССС предлагается применять в качестве активной минеральной добавки охристую глину Воробьевского месторождения, обожженную при температуре 500 оС. На рис. 2 приведены результаты исследований кинетики набора пластической прочности известковых составов с добавкой глины Воробъевского месторождения. Для исследования готовились составы с водоизвестковым соотношением В/И, равным В/И=1,77 при соотношении из-весть:песок Нижне-Аблязовского месторождения = 1 : 4.

Установлено, что известковые составы с добавкой глины, обожженной при температуре 500оС, характеризуются более интенсивным набором пластической прочности. В возрасте 67 часов с момента затворения значение пластической прочности составило 64 кПа, в то время как составов с добавкой глины, обожженной при температуре 600 оС,- 54,4 кПа.

На наш взгляд, глина, обожженная при температуре 500 оС, проявляет более активное взаимодействие с известью. На термограмме (рис. 3) зафиксирован эндотермический эффект в интервале температур 138,2 оС, связанный с удалением свободной воды. Эндоэффект в интервале температур (350-728) оС связан с удалением конституционной воды. При температуре 500оС потеря массы составляет 3,25%. Образующееся при обжиге глины при температуре 500 оС соединение А1203 п8Ю2Н20 придает ей более высокую реакционную активность к извести. При температуре 600оС потеря массы составляет 3,75 %. В глине присутствует 5,81 % связанной воды, удаляющейся до температуры 800 °С.

« а

о Я

г о А

а

к

«

и 6Г

Н

и «

Ч

е

70 60 50 40 30 20 10 0

1,3

II

а г 1 / .

0 10 20 30 40 50 60 70

Время, ч

Рис. 2. Изменение пластической прочности по времени:

1 - контрольный состав (без добавки); 2 -содержание глины 20% от массы извести (без обжига); 3 - содержание глины 20% от массы извести (глина обожжена при температуре 600 оС; 4 - содержание глины 20% от массы извести (глина обожжена при температуре 500 оС)

При анализе рентгенограммы контрольного известково-песчаного состава, приведенной на рис. 4, а, идентифицированы следующие соединения: кварц (4,2986 А; 3,3609 А; 3,3324 А; 2,2884 А; 1,5439 А), портландит (4,9536 А; 1,9376 А; 1,9305А), кальцит (3,0463 А; 2,2981 А; 2,1026 А; 1,9162 А; 1,8821 А; 1,8754 А), а также цеолиты (2,6336 А;2,5057 А; 1,3834 А).

На рентгенограмме известково-песчаных образцов с применением Воробъевской глины, обожженной при температуре 600оС, помимо перечисленных выше и указанных на рис. 4, а соединений, дополнительно идентифицируются линии, относящиеся к гидроалюмосиликатам кальция Са«А1^112048-28 Н2О (7,1073 А; 2,6168 А; 2,4943 А; 2,4520 А ) (рис.4, б).

600 800 Температура /°С

Рис. 3. Термограмма глины Воробъевского месторождения

Рис. 4. Рентгенограммы известково-песчаных составов: а - контрольный состав (без добавки); б - содержание глины 20 % от массы извести (глина обожжена при температуре 600 оС); в - содержание глины 20 % от массы извести (глина обожжена при температуре 500 оС).

Анализ рентгенограммы известково-песчаного образца с добавкой 20 % глины, обожженной при температуре 500 оС, приведенной на рис.4, в, свидетельствует о большем содержании (Са^Ь^!^^^ H20). Интенсивность линий(2,6120 А; 2,4843 А; 2,0932 А; 2,0842 А), относящихся к цеолитам, выше.

Большее содержание цеолитов в структуре образца с глиной, обожженной при температуре 500 оС, обеспечивает большую прочность образцов. Результаты испытаний показали, что введение в рецептуру 20 % глины, обожженной при температуре 500 оС, способствует повышению прочности при сжатии образцов в возрасте 28 суток воздушно-сухого твердения на 28 % по сравнению с образцами, изготовленными с до-

бавкой 20 % глины, обожженной при температуре 600 оС.

Таким образом, применение минерально-сырьевых ресурсов Пензенского региона при разработке состава известковых ССС, используя рецептурно-технологические факторы, позволит получить качественные смеси и снизить затраты на их изготовление.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Шангина Н. Н., Харитонов А. М. Особенности производства и применения сухих строительных смесей для реставрации памятников архитектур / Сухие строительные смеси. 2011, №4,с.16-19