2308

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

Здесь x t , по существу, является решением уравнения

T2 p 1 x 0

и имеет вид

t

x t ce T2 ;

c определится из начального условия x 0 x tk , c x 0 . Имеем

Если известен переходный (кинетический) процесс, то при выбранном tk будем

Возможность использования приведенного метода идентификации оценивалась на

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Справедливо

T1 T2 1,13; 2T

0 T1 0,661 1,52 ;

Откуда

a11a22 a12a21 2,29 ; a11 a22 3,42 .

Из последних уравнений могут быть найдены два из коэффициентов aij при двух

заданных. Если по виду кинетического процесса легко определить точку перегиба tп , то для вычисления m лучше использовать формулу

Предложенный подход эффективно использовался при настройке моделей кинетических процессов формирования физико-механических характеристик композиционных материалов различного назначения [2…6].

Список литературы

1.Garkina, I. Modeling of Building Materials as Complex Systems / I. Garkina, A. Danilov, Y. Skachkov // Key Engineering Materials. – 2017. – Vol. 730. – P. 412–417.

2.Garkina, I.A. From the experience of development of composite materials with desired properties / I.A.Garkina, A.M.Danilov // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2017. – V.191.

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

3. Korolev, E.V. Using Particle Systems to Model the Building Materials / E.V. Korolev, V.A. Smirnov // Advanced Materials Research. – 2013. – Vol. 746. – P. 277–280.

4. Системный анализ в строительном материаловедении: монография / Ю.М. Баженов, И.А. Гарькина, А.М. Данилов, Е.В. Королев. – М.: МГСУ: Библиотека научных разработок и проектов, 2012. – 432 с.

5.Данилов, А.М. Композиты: графоаналитический метод параметрической идентификации кинетических процессов / А.М. Данилов, И.А. Гарькина // Региональная архитектура и строительство. – 2017. – №2. – С.45–52.

6.Воробьев, В.А. Основные задачи компьютерного материаловедения строительных композитов / В.А. Воробьев, А.В. Илюхин // Строительные материалы. – 2006. –№ 7. – С.19–21.

References

1.Garkina, I. Modeling of Building Materials as Complex Systems / I. Garkina, A. Danilov, Y. Skachkov // Key Engineering Materials. – 2017. – Vol. 730. – P. 412–417.

2.Garkina, I.A. From the experience of development of composite materials with desired properties / I.A.Garkina, A.M.Danilov // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2017. – V.191.

3.Korolev, E.V. Using Particle Systems to Model the Building Materials / E.V. Korolev, V.A. Smirnov // Advanced Materials Research. – 2013. – Vol. 746. – P. 277–280.

4.Systems analysis in building materials: monograph / Yu.M. Bazhenov, I.A. Garkina, A.M. Danilov, E.V. Korolev. – M.: Moscow State University of Civil Engineering: Library of scientific developments and projects, 2012. – 432 p.

5.Danilov, A.M. Composites: graph-analytical method of parametric identification of kinetic processes / A.M. Danilov, I.A. Garkina // Regional architecture and construction. – 2017. – №2. – P. 45–52.

6. Vorobyev, V.A. The main tasks in computer study of building materials / V.A. Vorobyev, A.V. Iluhin // Building Materials. – 2006. – № 7. – P.19–21.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

УДК 666.3.016

ОБЛЕГЧЕННАЯ КЕРАМИКА ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ ДЛЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

В.А. Береговой, Е. В. Снадин

Приведены результаты экспериментальных исследований по определению физикомеханических показателей теплоэффективной керамики плотностью 1000…1200 кг/м3 для стеновых ограждающих конструкций. Установлено позитивное влияние введения флюсующих стеклосодержащих добавок на деформационные и прочностные характеристики кремнистой керамики, а также ее водостойкость.

Ключевые слова: стеновая керамика, исследование свойств, подбор состава, расширение сырьевой базы

LIGHTWEIGHT CERAMIC WITH INCREASED STRENGTH

FOR ENERGY EFFICIENT WALLS STRUCTURES

V.A. Beregovoi, E.V. Snadin

The results of experimental researche on determination physical and mechanical properties of ceramics with density 1000...1200 kg/m3 for the wall structures are given. Positive effect of introduction of glass-fluxing additives on deformation and strength properties of siliceous ceramics and water resistance is determined.

Keywords: wall ceramics, study of properties, selection, expanding the raw material base

Воснове существующих технологий производства строительной керамики лежит использование пластичного сырья в виде легкоплавких глин смешанного минералогического состава (каолинито-монтмориллонитовых, галлузито-монтмориллонитовых

ит.п.). Применение альтернативных сырьевых ресурсов, например органогенных кремнеземистых пород, в керамической промышленности весьма ограничено. В новых стандартах появилось указание на отдельные породы из этой группы (трепел, диатомит) как на возможный сырьевой источник для производства керамики, однако опока в этом качестве не обозначена [1]. Это резко сужает минерально-сырьевую базу для производства кремнистых разновидностей стеновой керамики, поскольку во многих регионах страны природные опоки распространены более широко.

Вряде опубликованных работ было показано, что правильное использование технологических особенностей опочного сырья позволяет достичь уровня показателей свойств, характерных для теплоэффективной стеновой керамики [2]. Дальнейшее повышение качества такой керамики может быть достигнуто за счет улучшения

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

процесса спекания кремнеземистых частиц, составляющих основу несущей матрицы, при умеренном повышении микропористости материала. В результате снизится энергоемкость процесса изготовления, поскольку современный уровень развития технологий в области обжиговых печей обеспечивает экономию топливных ресурсов примерно на 5…7 % при уменьшении средней плотности керамических изделий на 10 %.

Технологическими факторами, влияющими на процесс образования прочного керамического конгломерата, являются размер взаимодействующих частиц, водотвердое отношение сырьевой смеси и наличие в ней флюсующих добавок. В качестве добавок, обеспечивающих ускорение процесса образования легкоплавких эвтектик, использовали готовые затравки процесса плавления – тонкомолотые стекла различного оксидного состава в количестве 8…10 %.

Продолжительность процесса формирования мест срастания стекловидной и кристаллической фаз при обжиге кремнистой керамики выражается уравнением [3]:

где 2 – время спекания частиц размером r2 ; 1 – время спекания частиц размером r1;– коэффициент, зависящий от типа механизма спекания (при вязком течении он равен 1).

Влияние средней плотности и степени спекания на прочность керамического материала характеризуют экспериментальные данные, приведенные в табл. 1.

Т а б л и ц а 1 Зависимость прочности от средней плотности кремнистой опочной керамики

* С модифицирующей добавкой на основе стекла.

Керамика с плотностью 4000…500 кг/м3 была получена методом вибровспенивания кремнистого шликера с последующим обжигом ячеистого сырца.

Для разработанной керамики зависимость прочности на сжатие от средней плотности имеет вид:

где Rсжmax – максимальная прочность, характерная для хорошо спекшегося черепка

( 30 МПа); mфакт и mmax – фактическая и максимально достижимая средняя плотность испытываемого состава керамики ( mmax =1300…1350 кг/м3); k – структурный коэффициент, учитывающий качество пористой структуры (k 2).

При проведении исследований использовали местные разновидности – сурские опоки. В состав горной породы, наряду с кварцем, опаловидным кремнеземом и кристобалитом, входят также сепиолито-монтмориллонитовые глины (5…15 %) [4].

Образцы керамики для проведения испытаний готовили следующим образом: отформованный сырец высушивали в комнатных условиях, а затем обжигали при максимальной температуре 900…930 оС в течение 3…4 часов. Общая продолжительность процесса «нагревание-обжиг-охлаждение» составляла от 8 до 10 часов.

На образование хорошо обожженного кремнистого черепка указывают внешний вид, а также характер разрушения контрольных образцов, проявившийся в ходе проведения механических испытаний (см. фото).

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Механические испытания разработанной опочной керамики

Для изучения упругопластичных свойств были получены диаграммы нагружения кремнистой керамики в координатах « – « (рис. 1).

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

Рис. 2. Модуль упругости керамики: влияние вида модифицирующего стекла

Результаты испытаний опочного сырца и керамики приведены в табл. 2 и 3.

Т а б л и ц а 2

Состав и свойства опочного сырца

Анализ полученных результатов показывает, что средняя плотность кремнистого черепка существенно меньше по сравнению с керамическим аналогом и достигает минимальных значений 1050…1080 кг/м3. Это позволяет классифицировать вновь разработанный материал как керамическое изделие с повышенной теплотехнической характеристикой [4]. Разработанная керамика характеризуется пониженной теплопроводностью – от 0,20 до 0,24 Вт/(м· С), а наличие в фазовом составе развитой стекло-

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

видной составляющей повышает теплозащитные качества стеновых конструкций. В исследованиях [5] было установлено существенное позитивное влияние (эффект) введения тяжелых видов оптического стекла на общую теплопроводность композиционных материалов для защиты от радиации.

Согласно ГОСТ [4] разработанная керамика может быть классифицирована как обжиговый материал повышенной прочности марок М200(250) при плотности, не превышающей 1200…1225 кг/м3. С позиции системного подхода к проектированию составов [6] сочетание высокой прочности и облегченной структуры положительно сказывается на коэффициенте конструктивного качества материала (ККК), показывающем эффективность его применения в несущих конструкциях (рис. 3).

Рис. 3. Величина коэффициента конструктивного качества керамики

Снижение плотности опочной керамики на 35…40 % относительно традиционного полнотелого кирпича, имеющего плотность 1600…1700 кг/м3, закономерно отражается на увеличении водопоглощения до 32…44 %. В новой редакции государственного стандарта максимальное значение этого показателя не нормируется. Ранее (в старой редакции ГОСТ) такое ограничение было: для диатомитового и трепельного изделий оно составляло 28 %.

Выводы. Установлена возможность получения облегченной керамики повышенной прочности (М250) на основе нетрадиционного минерального сырья – непластичных кремнеземистых пород (опок).

Введение в состав сырьевой смеси 10 % боя тарного или оконного стекла позволяет увеличить прочность керамики по сравнению с базовым составом на 20 % и снизить водопоглощение до 35 %.

Несмотря на более низкий диапазон температур плавления, введение порошка оптического стекла практически не оказывает влияния на рост прочности, однако степень спекания материала увеличивается (на это указывает повышение плотности черепка). Таким образом, при корректировке составов кремнистой керамики необходимо учитывать не только термопластичные свойства стекла, но и собственную прочность стекловидной связки, формируемой при последующем охлаждении.

Список литературы

1. ГОСТ 530–2012. Кирпич и камни керамические. Общие технические условия. – М.: Стандартинформ, 2013. – 44 с.

2. Котляр, В.Д. Опоки – перспективное сырье для стеновой керамики / В.Д. Котляр, Б.В. Талпа //Строительные материалы. – 2007. – № 2. – С. 31–33.

3. Стрелов, К.К. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов / К.К. Стрелов. – М.: Металлургия, 1985. – 480 с.

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

4.Береговой, В.А. Стеклокристаллические материалы на основе кремнистых пород / В.А. Береговой, Д.С. Сорокин //Региональная архитектура и строительство. – 2015. –

№1. – С. 54–57.

5.Береговой, В.А. Теплофизические свойства композиционных материалов для защиты от радиации: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.23.05 / В.А. Береговой. –

Пенза, 1997.

6.Гарькина, И.А. Математическое и компьютерное моделирование при синтезе строительных композитов: состояние и перспективы / И.А. Гарькина, А.М. Данилов, Е.В. Королев //Региональная архитектура и строительство. – 2010. – № 2. – С. 9–13.

References

1.GOST 530–2012. Brick and ceramic stones. General technical conditions. – M.: Standartinform, 2013. – 44 p.

2.Kotlyar, V.D. Gaize – promising raw material for wall ceramics / V.D. Kotlyar, B.V. Talpa // Building materials. – 2007. – No. 2. – P. 31–33.

3.Strelow, K.K. Theoretical bases of technology of refractory materials / K.K. Strelow, M. Metallurgy, 1985. – 480 p.

4.Beregovoi, V.A. Glass-crystal materials on the base of flask rock / V.A. Beregovoi, D.S. Sorokin //Regional architecture and engineering. – 2015. – № 1. – P. 54–57.

5.Beregovoy, V.A. Thermophysical properties of composite materials for radiation protection: the dissertation on competition of a scientific degree of candidate of technical Sciences: 05.23.05 / V.A. Beregovoi. – Penza, 1997.

6.Garkina, I.A. Mathematical modeling and simulation at building materials synthesis: state and perspectives / I.A. Garkina, A.M., Danilov E.V. Korolev //Regional architecture and engineering. – 2010. – № 2. – P. 9–13.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

УДК 691.3

ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ЦЕМЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

С МИНЕРАЛЬНЫМИ И КОМПЛЕКСНЫМИ ДОБАВКАМИ

О.В. Тараканов, Е.А. Белякова

Выявлено влияние тонкодисперсных минеральных и комплексных добавок на структуру и свойства цементно-минеральных материалов. Показано, что их наличие отражается не только на процессах структурообразования, но и на фазовом составе продуктов гидратации цементно-минеральных систем. В работе исследовались свойства бетона, изготовленного на основе тонкодисперсного кальцита. Определено, что повышение прочности цементных материалов с добавкой кальцита может быть объяснено формированием в цементной системе гидросиликатов кальция различного строения. Показано, что зависимость физико-механических и эксплуатационных свойства бетона от количества и природы минеральных и комплексных добавок носит линейный характер.

Ключевые слова: цементно-минеральные смеси, микроструктура, комплексные добавки, прочность, формирование

FORMATION OF MICROSTRUCTURE OF CEMENT MATERIALS

WITH MINERAL AND COMPLEX ADDITIVES

O.V. Tarakanov, E.A. Belyakova

The influence of finely dispersed mineral and complex additives on the structure and properties of cement-mineral materials has been revealed. It is shown that their presence is reflected in the structure formation processes and phase composition of cement-mineral systems hydration products. The properties of concrete made on the basis of finely dispersed calcite were studied. It is determined that an increase of strength of cement materials with addition of calcite can be explained by the formation of calcium hydrosilicates of various structures in cement system. It is shown that the dependence of physical, mechanical and operational properties of concrete on the quantity and nature of mineral and complex additives is linear.

Keywords: cement-mineral mixtures, microstructure, complex additives, strength, formation

В настоящее время широко используются минеральные добавки и комплексные смеси на основе минеральных микронаполнителей и суперпластификаторов. Основное внимание как исследователи, так и работники производственной сферы уделяют вопросам формирования прочности, кинетики твердения и некоторым эксплуатационным показателям.