Библиографическое описание:

Логанина В. И., Акжигитова Э. Р. Известковые сухие строительные смеси с применением смешанослойных глин Поволжского региона // Молодой ученый. — 2014. — №5. — С. 74-78.

Мировой опыт применения сухих строительных смесей (ССС) показал их высокую эффективность и преимущества по сравнению с традиционными методами проведения отделочных работ. Однако, использование в рецептуре данных смесей дорогостоящих импортных модифицирующих добавок значительно удорожает их стоимость.

На территории Поволжского региона имеются значительные запасы смешанослойных глин, а также цветных и кварцевых песков, которые могут служить сырьем при разработке компонентов ССС на основе извести [1, 2, 3].

Цветные пески представлены Нижне-Аблязовским месторождением, кварцевые пески — Ухтинским месторождением. Пески Нижне-Аблязовского месторождения предлагается использовать в качестве декоративного наполнителя для ССС [4]. Пески представляют собой мелкозернистую смесь песка и глины, имеющую красно-коричневый цвет. Содержание пигмента в песке составляет 97 кг/м3. В кварцевых песках Ухтинского месторождения основными породообразующими минералами являются кварц (до 95 %) и глауконит (до 7 %). Средний модуль крупности песка составляет 1,5.

Покрытия на основе известковых составов отличаются низкими показателями прочности и водостойкости, для повышения которых предлагается введение в их рецептуру активных минеральных добавок на основе смешанослойных глин. Предлагается использовать глины Воробьевского и Белинского месторождений. Химический состав глины Воробъевского месторождения свидетельствует о перспективности разработки минеральной добавки, сочетающей в себе также свойства пигмента.

Анализ литературных данных свидетельствует, что при обжиге глины в интервале температур 450–650оС образуется одноводный каолинит, который обладает более высокой реакционной активностью к извести, чем метакаолинит [5]. На рис.1 приведены результаты дифференциально-термического анализа глины Воробьевского месторождения [6, 7].

Рис.1. Дифференциально-термический анализ глины Воробьевского месторождения

При анализе полученной термограммы установлено, что в воробьевской глине присутствует 6,1 % связанной воды, которая постепенно удаляется до температуры 1000 оС с образованием новых минералов. При обжиге глины при температуре 400 оС удаляется 2,2 % воды, при 500 оС — 3,4 %, при 550 оС — 3,7 %, при 600 оС — 4,0 %. Установлено (рис. 1.), что половина связанной воды в количестве 2,9 % в воробьевской глине удаляется при температуре 450 оС, при которой образуется одноводный каолинит, придающий минеральной добавке наибольшую активность к извести (табл. 1.).

При разработке рецептуры ССС применялась известь-пушонка 1-го сорта с активностью 64–67 %, в качестве мелкого заполнителя — кварцевый песок Ухтинского месторождения с соотношением фракций 0,63–0,315 мм и 0,315–0,14 мм соответственно 80 %: 20 %. Плотность песка при этом составляет =1527 кг/м3. Водоизвестковое соотношение составляло В/И = 1,4, соотношение известь:песок (И:П) — И:П=1:4 Предварительные исследования показали, что наибольшее значение предела прочности при сжатии известковых композитов достигается при введении минеральной добавки, составляющей 10 % от массы извести. Результаты исследований приведены в табл.1.

Таблица 1

Влияние температуры обжига на значение предела прочности при сжатии Rсж, МПа

Месторождение глины

Без добавки

С добавкой глины без обжига

Температура обжига глины, оС

400

450

500

550

600

Воробьевское

0,84

0,95

1,28

1,67

1,55

1,52

1,5

Белинское

1,31

1,62

1,71

2,2

1,98

1,78

По данным табл. 1 видно, что введение в состав обожженной глины способствует повышению прочности при сжатии известкового композита в возрасте 28 суток воздушно-сухого твердения, составляющему в зависимости температуры обжига и вида глины в 1,5–2,6 раза. При введении воробьевской глины, обожженной при температуре 450оС, прочность повышается до 1,67 МПа. Введение белинской глины после обжига при температуре 500оС способствуют повышению прочности композита до 2,2 МПа, т. е. на 26 % выше, чем прочность композитов с минеральной добавкой, полученной обжигом при температуре 600оС.

Для объяснения механизма упрочнения известковых композитов с добавкой глины, обожженной при низких температурах, оценивались кислотно-основные свойства глин до обжига и после него.

Для исследования активных центров поверхности глин использовали индикаторный метод определения распределения центров адсорбции (РЦА). Исследования производились в области бренстедовских кислотных (рКа от 0 до 7) и основных (рКа от 7 до 13) центров, а также льюисовских кислотных (рКа >13) центров.

На рис. 2 представлены кривые распределения центров адсорбции на поверхности глин Воробьевского и Белинского месторождений в естественном состоянии и после термической обработки при температуре 4500С и 5000С соответственно, построенные в координатах:

qрКа=F(рКа),

где qрКа — содержание активных центров, эквивалентное количеству адсорбированного индикатора определенной кислотной силы — рКа.

Сравнение распределения адсорбционных центров на поверхности исследуемых порошков, имеющих одинаковый химический, минералогический и гранулометрический составы, свидетельствует о том, что термическая обработка глин привела к изменению энергетического состояния поверхности материала. Число бренстедовских и льюисовских кислотных центров на поверхности термически обработанных глин превышает число таких же центров на поверхности необожженных глин.

а)

Рис

б)

Рис. 2. Распределение кислотно-основных центров на поверхности минеральной добавки из глины: а) Воробьевского месторождения: 1 — необожженная глина; 2- глина, подвергнутая термической обработке при температуре 4500С; б) Белинского месторождения: 3 — необожженная глина; 4- глина, подвергнутая термической обработке при температуре 5000С.

Из экспериментальных данных (рис. 2, а) следует, что в области кислотных бренстедовских центров (рКа от 0 до 7) количество активных центров на поверхности обожженной глины составило 71,17 ммоль/г, в то время как на поверхности необожженной глины — 39,54 ммоль/г. В области основных бренстедовских центров (рКа от 7 до 13) количество активных центров на поверхности обожженной глины составило 8,19 ммоль/г, а на поверхности необожженной глины — 1,41 ммоль/г. Наблюдается увеличение количества активных центров при рКа>13 на поверхности обожженной глины, составляющее 55,36 ммоль/г, в то время как на поверхности необожженной глины — 24,6 ммоль/г.

Аналогичная закономерность наблюдается при обжиге белинской глины (рис.2,б). Несмотря на то, что в области кислотных бренстедовских центров количество активных центров на поверхности обожженной глины составило лишь 104,21 ммоль/г, в то время как на поверхности необожженной глины — 136,78 ммоль/г, суммарное количество общих активных центров глины после термической обработки все же превышает тот же показатель у глины без обработки (табл. 2). Дегидратация поверхности слоистых алюмосиликатов приводит к образованию большого числа центров Льюиса, которые обладают наибольшей реакционной способностью.

Таблица 2

Влияние температуры обжига на суммарное количество активных центров

Глина месторождения

Температура обжига, оС

Суммарное количество активных центров, ммоль/г

Воробьевское

без обжига

65,55

450

134,72

500

95,7

600

115,97

Белинское

без обжига

204,398

450

229,09

500

262,04

600

218,89

Результаты исследований (табл. 2) свидетельствуют о том, что наибольшим суммарным количеством активных центров характеризуются глины Воробьевского и Белинского месторождений после обжига при температурах соответственно 450оС и 500оС. При этих же температурах наблюдается и увеличение прочности при сжатии известковых композитов.

Минеральную добавку на основе глины Воробьевского месторождения рекомендуется применять совместно с заполнителем на основе ухтинского кварцевого песка, так как помимо повышения прочности при сжатии данная добавка также придает составу бежевый цвет, что позволяет его использовать в качестве декоративной штукатурки.

Минеральную добавку, получаемую обработкой глины Белинского месторождения, целесообразнее использовать совместно с цветным песком Нижне-Аблязовского карьера. Данная добавка не придает смеси никакого цвета, но по сравнению с воробьевской глиной, дает большую прочность при сжатии.

По результатам исследований разработаны составы сухих смесей, содержащих известь-пушонку, ухтинский (нижне-аблязовский) кварцевый песок, минеральную добавку на основе Воробьевской (Белинской) глины, органоминеральную добавку на основе глины Камешкирского месторождения, суперпластификатор С-3, редиспергируемый порошок Mowilith Pulver DM 1142 P. В табл. 3 приведены свойства покрытий на основе предлагаемой ССС.

Таблица 3

Технологические и эксплуатационные свойства отделочных составов

Наименование показателя

Величина показателя

Средняя плотность ССС, ρср, кг/м3

1290–1304

Жизнеспособность при хранении в открытых емкостях, час

8–10

Удобоукладываемость

хорошая

Рекомендуемая толщина одного слоя, мм

до 20

Расход отделочного состава при нанесении толщиной слоя в 10 мм, кг/м2

12–14

Водоудерживающая способность, %

98,0–98,3

Время высыхания при 20 оС до степени «5», мин

не более 55

Адгезионная прочность Rадг, МПа

0,60–0,76

Прочность при сжатии, Rсж, МПа

2,52–3,71

Усадочные деформации, e, %

0,027–0,034

Коэффициент паропроницаемости m, мг/м×ч×Па

0,055–0,058

Наличие трещин вследствие усадки

нет

Температура применения, оС

5–35

Стоимость, руб/кг

4,28–6,62

Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о перспективности применения смешанослойных глин Поволжского региона в качестве сырья для производства активных минеральных добавок.

Литература:

1.    Садыков, Р. К. Минерально-производственный комплекс Пензенской области / Р. К. Садыков, П. П. Сенаторов, Р. З. Рахимов. — Казань: Изд-во Казанск. ун-та. Казань, 2002. — 128

2.    Логанина, В. И. Разработка органоминеральной добавки для сухих строительных смесей / В. И. Логанина, Н. А. Петухова, Э. Р. Акжигитова // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. — 2011. — № 3. — С. 8–12.

3.    Логанина, В. И. Декоративные сухие строительные смеси на основе цветных песков / В. И. Логанина, Э. Р. Акжигитова // Известия вузов. Строительство. — 2012. — № 6. — С. 27–30.

4.    Логанина, В. И. Сухие строительные смеси с применением местных материалов Пензенского региона / В. И. Логанина, Г. Д. Фадеева, Э. Р. Акжигитова // Инженерно-строительный журнал. — 2012. — № 8. — С. 37–41.

5.    Шумков, А. И. Бесклинкерное известково-алюмосиликатное гидравлическое вяжущее естественного твердения / А. И. Шумков // Сухие строительные смеси. — 2011. — № 3. — С. 20–21.

6.    Бабушкин, В. И.Термодинамика силикатов / В. И. Бабушкин, М. Г. Матвеев, О. П. Мчедлов-Петросян. — М.: Изд-во литературы по строительству, 1972. — 352 с.

7.    Danielle S Klimesch, Abhi Ray. DTA–TGA of unstirred autoclaved metakaolin–lime–quartz slurries. The formation of hydrogarnet // Thermochimica Acta. — 1998. — Volume 316, Issue 2. — P. 149–154.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle