Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Силикатные материалы строительного назначения из нерудного сырья. Монография
.pdf
Нередко для повышения активности наполнителя его обрабатывают
небольшими количествами поверхностно-активных веществ.
В качестве наполнителей в составе герметиков и резиновых
смесей применяют технический углерод (сажу), диоксид титана, осажденный мел, сульфид цинка, диоксид кремния. При повышении дисперсности наполнителя увеличивается прочность изделия, но несколько ухудшаются такие технологические свойства, как текучесть и
эластичность.
В процессе применения наполнителей оказываются существенными все их свойства – химический состав, молекулярное строение, физические свойства (твердость, плотность) и прочие. Однако ни
одно из них не может служить основой классификации, поскольку в
каждом конкретном случае важным является определенное свойство.
Общим для всех наполнителей, пожалуй, является то, что они всегда
применяются в виде тонкодисперсного порошка. Форма частиц и их
крупность являются важнейшими свойствами наполнителя, во многом
определяющими структуру изделия, так как от них зависит сцепление
наполнителя со связующим компонентом.
Различают наполнители с частицами волокнистой или игольчатой формы (асбест). Для него характерны длинные гибкие волокна,
позволяющие изготавливать из них нити, ткани, бумагу, картон и прочее, а также дающие возможность асбесту входить в различные композиции для придания им большей прочности.
При контролируемом производстве асбест и асбестсодержащие
материалы безопасны для человека. Запреты на использование асбеста
принимаются не на основе медико-биологических данных, а по политико-экономическим соображениям. Большинство материалов не имеют альтернативы /33/.
К наполнителям с примерно изометрическими зернами относятся кальцит (дробленый), мраморная крошка и искусственный мел.
В странах ближнего зарубежья они применяются только как наполнители декоративных бетонов или других подобного рода материалов.
Заменителем природного мела является химически осажденный мел. В некоторых случаях такой мел является отходом производства и поэтому относительно дешев. Форма зерен осажденного
мела во многом зависит от характера осаждения. Но она никогда не
достигает той однородности размера и формы зерен, какая имеется у
хорошо отмученного природного мела.
111
4.1. Материалы с повышенными теплоизоляционными
свойствами
4.1.1. Цеолитсодержащие кремнистые породы – нетрадиционный
кремнеземистый компонент силикатного кирпича
Силикатный кирпич получают из смеси воздушной извести (6-
8 %), кварцевого песка (92-94 %) и воды (7-9 %) путём прессования
под большим давлением и последующего твердения в автоклаве в
результате реакции между гидроксидом кальция и кремнеземистым
компонентом:
nСаО(ОН)2+SiO
О nCaO·SiO2·(m – 1)Н2О.
2+Н2
Кремнеземистое вяжущее может быть заменено другими ком-
понентами, например, отходами содового производства и комплексной
переработки нефелинсодержащих материалов, доменными шлаками
/34/. Такие изделия имеют невысокие теплоизоляционные свойства.
Для их улучшения проведена частичная или полная замена в традиционной сырьевой композиции: известково-кремнеземистое вяжущее+
кварцевый песок условно тяжёлого кварцевого песка (насыпная
плотность – 1200-1360 кг/м3) на более легкий пористый песок с
насыпной плотностью 600 кг/м3, получаемый из цеолитсодержащей
кремнистой породы. Силикатный кирпич, изготовленный с
применением кремнистой пористой породы, относится к полнотелым
пористым изделиям, а по прочностным свойствам – к марке 100 (табл.
4.1). Плотность кирпича (1230 кг/м3) в 1,46-1,57 раз меньше плотности
серийного кирпича (1800-1940 кг/м
3
), выпускаемого Казанским
заводом силикатных строительных материалов и, соответственно,
масса одного опытного кирпича (3,11 кг) на 2 кг меньше.
Положительным показателем является также белый цвет кир-пича.
Принимая во внимание более низкую его теплопроводность (0,44
.
Вт/м
К) по сравнению с серийным кирпичом (0,81 Вт/м.К), мож-но
предположить, что внедрение силикатного кирпича, изготовлен-ного с
применением кремнистой породы, позволит сократить толщину стены
примерно на 25-30 %, что при требуемом коэффициенте теплосопротивления Rтр.= 1,7 составит около 1,0 м вместо 1,47 м, а при
Rтр.=3,0 – менее 2 м вместо 2,7 м. Такая толщина стен приближается к
толщине стен, изготавливаемых из керамзитобетона с плотностью
1150 кг/м
3
и коэффициентом теплопроводности 0,5 Вт/м.К.
112
Таблица 4.1
Показатели
Опыт-
ный
кир-
пич
Серийный
кирпич
Требования
к кирпичу:
порис-
тому
плот-
ному
Плотность, кг/м
3
1230
1800-1940
< 1500
> 1500
Масса 1 кирпича, кг
3,11
5,0-5,2
Не больше 4,3 (по согласованию с потребителем больше 4,3)
Теплопроводность,
Вт/м
.
К
0,44
(расч.)
0,81
Не нормируется
Прочность при
изгибе, МПа
3,0
Не меньше
3,0
Не меньше 2,0 для
марки 100
Прочность при
сжатии, МПа
11,3
10-27
7,5-30
Марка по прочности
100
100-250
75-300
Водопоглощение, %
38
13-15
Не меньше 6
Морозостойкость,
циклов
Больше 30
Не меньше
30
15-50
Цвет
Белый
Серый
Не нормируется
Физико-механические свойства полнотелого силикатного кирпича
Применение кремнистой породы увеличивает прочность кирпича-сырца примерно в 2-3 раза. Это является основанием для предположения о возможном изготовлении пустотелых изделий, плотность
которых будет в пределах 980-1100 кг/м3, а масса 1 кирпича – 2,52,8 кг. Все это значительно повышает конкурентоспособность
силикатного кирпича по сравнению с другими стеновыми и
конструктивными материалами.
Показана возможность применения в качестве кремнеземистого компонента мелкозернистого (полный остаток на сите 0,63 мм составляет меньше регламентируемого значения – 5 %) песка, так как
природный песок не всегда соответствует требованиям стандарта. При
использовании мелкозернистых песков ухудшаются формовочные
свойства сырьевой смеси, несколько возрастает расход вяжущего
вследствие увеличения поверхности взаимодействия песка с известью
113
при запарке, что, в конечном итоге, может повысить себестоимость готовой продукции.
Из мелкозернистого кварцевого песка на заводском оборудовании была отформована опытная партия силикатного кирпича с
удовлетворительным внешним видом. Прочность при сжатии равна
17,3 МПа, при изгибе – 3,9 МПа (марка по прочности – 150). Плотность составляет 1820 кг/м3, водопоглощение – 11,7 %, морозостойкость – 25 циклов (марка по морозостойкости – F25). Следовательно,
для производства силикатного кирпича могут быть использованы
природные необогащенные кварцевые пески, дисперсность которых
характеризуется остатком на сите 0,63 мм менее 5 %. Их применение
позволит значительно расширить минерально-сырьевую базу производства силикатного кирпича.
Наряду с гранулометрическим составом на качество кирпича
оказывают влияние форма частиц и характер их поверхности.
Наиболее ценными являются пески с угловатыми острогранными
зернами, имеющие шероховатую поверхность. Такие пески обеспечивают лучшее сцепление песчинок с известью, чем пески с гладко
окатанными зернами. В связи с этим для производства силикатного
кирпича предпочтительнее применять горный (песок, отложенный у
подножия гор) и овражный пески, имеющие более развитую
поверхность по сравнению с речным окатанным песком. Здесь следует
отметить, что в речных песках фракции 0,05+0,1 мм кварцевые частицы, как правило, имеют только угловатые формы.
При частичной замене мелкозернистого песка цеолитсодержащей кремнистой породой наблюдаются такие же закономерности, как
и в случае со стандартным песком. Плотность кирпича снижается в
1,2-1,3 раза, по прочностным характеристикам изделие соответствует
марке 100.
4.1.2. Теплоизоляционные материалы на основе диатомита,
мелкоразмерного вермикулита и жесткого хризотил-асбеста
Применение теплоизоляционных материалов – одно из важнейших направлений технического прогресса в строительстве. При
этом появляется возможность резко снизить массу конструкций и затрату на сооружение зданий, рационально использовать энергетические
ресурсы.
114
В сырьевую смесь для получения теплоизоляционного
материала на основе диатомита вводили жидкое стекло и гречневую
лузгу (отход переработки сельскохозяйственной продукции). Пенодиатомитовый кирпич является эффективным заменителем органических материалов в кирпичных стенах, повышая экологическую
чистоту, огнестойкость и долговечность наружных стен без существенного снижения теплозащитных качеств /35/.
В качестве компонентов исследуемых сырьевых смесей использовались диатомит Сенгилеевского месторождения, гречневая лузга
с размерами частиц менее 3-5 мм, жидкое стекло (получено гидротермальным способом в ФГУП «ЦНИИгеолнеруд» из опоки месторождения «Белый Ключ» Ульяновской области, силикатный модуль
(М) равен 2,1-2,4, плотность 1,5-1,54 г/см3), фторсиликат натрия фракции менее 0,25 мм, портландцемент марки 400. В предварительно приготовленную смесь сухих компонентов добавлялось жидкое стекло, и
масса перемешивалась. Сушка проводилась при 100
0
С в течение 2-4 ч.
Лучшие результаты получены на образцах, отформованных из
смеси, содержащей 20 % мас. диатомита, 60 % жидкого стекла, 20 %
гречневой лузги, 4 % (св. 100 %) фторсиликата натрия. Однако и они
обладают малой прочностью и водостойкостью. Учитывая, что плотность полученных образцов довольно низкая (менее 100 кг/м3), для
повышения прочности и водостойкости можно вводить в смесь дополнительно необходимые материалы и добавки с высокой плотностью.
Добавка 5 % (по массе к стеклу) портландцемента повышает прочностные характеристики и водостойкость. Более прочная структура композиции создаётся за счёт взаимодействия портландцемента с жидкой
составляющей стекла. Увеличение фторсиликата натрия до 15-20 % по
отношению к стеклу также позволяет значительно улучшить эти характеристики. Прочность при сжатии образцов, изготовленных из
смеси, состоящей из 16,5 % диатомита, 16,5 % мас. гречневой лузги,
58 % жидкого стекла, 3 % фторсиликата натрия, 3 % цемента, равна
1,4 МПа, прочность при изгибе – 0,7 МПа, водостойкость – 3 ч (в
пределах нормы), плотность – 1200 кг/м3.
Получен материал следующего оптимального состава: диатомит – 1 часть (23,9 %); лузга гречневая – 1 часть (23,9 %); жидкое
стекло (М = 3,2) – 1,75 части (41,8 %); фторсиликат натрия – 20 % по
отношению к стеклу (8,3 %); портландцемент – 5 % по отношению к
стеклу (2,1 %).
115
Гречневую лузгу (в сухом виде) просеивают через сито с отверстиями 3-5 мм. Диатомит сушат, измельчают и просеивают через
сито с размерами ячеек 0,5 мм. Кремнефтористый натрий просеивают
через сито с отверстиями 0,2 мм. Вначале перемешивают все сухие
компоненты, затем добавляют жидкое стекло (с силикатным модулем
3,0-3,5 и плотностью 1,42-1,53 г/см3), и смесь ещё раз перемешивают.
Общее время перемешивания составляет не более 5 мин. Из полученной массы формуют (с виброуплотнением) образцы, которые выдерживают при комнатной температуре до распалубочной прочности
(6-12 ч). Затем их распалубливают, выдерживают ещё 6-12 ч в естественных условиях и помещают в сушильный шкаф с температурой 100-
1200С на 4-8 ч. Полученные изделия имеют следующие характеристи-
ки: плотность – 710 кг/м3, прочность при изгибе – 1,0 МПа, прочность
при сжатии – 2,5 МПа, водостойкость при кипячении в воде – 3 ч,
коэффициент теплопроводности – 0,16-0,17 Вт/м.0С. По своим свойствам материал близок к арболиту, фибролиту и может использоваться
для возведения стен и перегородок, в покрытиях зданий различного
назначения для их утепления.
В промышленных условиях при виброуплотнении изделий
частота колебаний должна быть 60-100 раз в минуту. Время
уплотнения – не более 5 мин. Сушка должна осуществляться с
принудительной циркуляцией теплоносителя с обдувом всех
поверхностей изделия (для равномерной усадки) с укладкой изделий в
один ряд. Расстояние между изделиями – 5-10 см.
Исследована возможность получения материала на основе
вспученного вермикулита и жидкого стекла. Вермикулит имеет
широкое применение в мировой практике в промышленном,
гражданском и сельскохозяйственном строительстве. Он не оказывает
вредного воздействия на применяемые вместе с ним материалы и не
вступает в химические реакции.
Вермикулит с натриевым жидким стеклом (ТУ 6-15-433-75,
модуль 2,7) смешивались в соотношениях 1:5, 1:3, 1:2, и масса
заливалась в металлическую форму размером 7х7х5,5 см и 15х4х4 см с
прокладкой из алюминиевой фольги. В некоторых вариантах образцы
подпрессовывались. Твердение материала проводилось при повышенной температуре (от 100 до 500
0
С) в течение 0,5-6 ч. При высокотемпературной сушке смеси с большим содержанием жидкого стекла
коэффициент заполнения формы составлял 0,5, т.к. в процессе твердения вследствие удаления воды масса вспучивается и может увели-
116
чиваться в объёме до двух раз. Выдержка смеси перед твердением не
рекомендуется, так как при этом происходит расслоение и вермикулит
всплывает на поверхность.
Получение теплоизоляционного материала на основе жидкого
стекла и вермикулита с низкой теплопроводностью возможно лишь
при минимальном содержании в нём жидкого стекла (предварительное
смешение и гранулирование), оптимальной толщине образца (плиты),
равной 2-3 см и термообработке при температуре 500
0
С в течение
30 мин. Алюминиевая фольга, используемая при заливке формы,
дополнительно выполняет функции теплоэкранирующего материала
при эксплуатации изделий.
Материалы, состоящие из 40-44 % вермикулита с насыпной
массой 350 кг/м3 и 56-60 % (в пересчёте на сухой остаток) жидкого
стекла, имеют плотность 740-930 кг/м3. При использовании вермикулита плотностью 200 кг/м3 и его содержании в смеси 36 % получены
образцы с плотностью 400 кг/м3 и прочностью при сжатии 0,2 МПа.
Большой интерес представляют материалы, разработанные на
основе мелкоразмерного вермикулита и коротковолокнистых жестких
хризотил-асбеста и родусит-асбеста. Под названием «асбест» подразумевают минералы групп серпентина и амфиболов, которые применяются в производстве различных материалов. Они имеют пластинчато-волокнистое строение. Асбест создает волокнистый каркас тонкими воздушными слоями. В нем находятся листочки слюды (пластины) вспученного вермикулита. Способ получения теплоизоляционных материалов достаточно прост и основан на литьевой технологии.
Достоинством данных материалов является их дешевизна, т.к. они получаются на основе доступного минерального сырья, имеющего большие запасы и базовую технологию обогащения. Область их применения: для теплоизоляции ограждающих конструкций, трубопроводов и
т.п.
Вермикулит и концентрат жесткого хризотил-асбеста помещают в бачок пропеллерной мешалки и заливают водой в количестве,
необходимом для получения суспензии, перемешивают 4-5 мин.
Подготовленную суспензию разливают в вакуум-форму для получения
листов нужных размеров. Обезвоженные образцы вынимают из прессформы и сушат при комнатной температуре до воздушно-сухого
состояния.
Теплоизоляционный материал имеет низкий коэффициент теплопроводности (0,035-0,048 Вт/м.
0
С) и необходимую эластичность
117
(число перегибов на 90
0
без появления трещин). Жесткий хризотил-
асбест характеризуется рядом особенностей: жесткость и упругость
волокон; способность в жидкой среде сохранять прямолинейность
(игольчатость) волокон и равномерность распределения по всему объему; агрегаты жесткого асбеста в водной среде имеют хорошую распушку на тонкие однородные по качеству волокна, которые за счет
большей тонины имеют меньше неоднородностей и микротрещин на
своей поверхности и сохраняют при этом высокую прочность. Жесткий асбест создает в смеси каркас, обеспечивающий повышенную
формоустойчивость в увлажненном состоянии и сохранение первоначальных свойств после вспучивания увлажненных изделий. Упругие,
игольчатые, прямолинейные волокна жесткого хризотил-асбеста образуют упругий каркас, который удерживает частицы вермикулита.
Происходит увеличение поверхности связи жестких волокон асбеста с
вермикулитом. Таким образом, концентрат жесткого хризотил-асбеста
выполняет роль как наполнителя, так и связующего одновременно, а
образовавшаяся структура материала способствуют снижению коэффициента теплопроводности и повышению гибкости материала.
4.2. Отделочные и герметизирующие материалы
4.2.1. Наполнитель из серпентинитовой породы
Для расширения областей применения серпентинитовой породы были проведены исследования по получению из нее наполнителя
для полимерных композиций. При этом использовались следующие
технологические приемы:
а) измельчение всей массы породы до размеров частиц менее
1 мм;
б) термическая обработка измельченного материала;
в) доизмельчение термообработанного материала до тонкодисперсного порошка;
г) введение в серпентинитовый порошок добавок /36/.
Термообработка серпентинита при 4500С, измельченного в лабораторной шаровой мельнице в течение 10 мин. в присутствии 0,5 %
ТЭА, позволяет получить 80,1 % фр. < 0,063 мм. При температуре
3500С ее содержание составляет 68,5 %, а при 5500С –84,4 % (то есть
по сравнению с термообработкой при 4500С возрастает незначительно
– на 4,3 %).
118
Введение добавки триэтаноламина способствует неболь-шому
Фракция
Вид
серпентинита
Выход (%) фракций
при времени обработки, ч
1 2 3 4 5
6
< 0,1 мм
Исходный
40,4
43,2
49,4
71,1
88,2
88,8
Термообработ.
41,8
58,8
78,1
90,7
96,3
99,5
< 0,063 мм
Исходный
38,8
42,4
50,4
61,4
72,4
83,2
Термообработ.
41,2
51,2
64,9
80,2
83,0
86,4
< 0,05 мм
Исходный
33,2
36,4
43,4
59,2
66,2
66,8
Термообработ.
39,7
44,7
56,8
76,9
77,1
80,6
увеличению выхода фр. < 0,063 мм. Например, у порошка, термически обработанного при 4500С в шаровой мельнице без ТЭА,
фр.< 0,063 мм составляет 76,3 %.
По сравнению с исходным измель-ченным серпентинитом
доля данной фракции возрастает на 17,1-21,4 %, что свидетельствует
о более эффективном измельчении терми-чески обработанного
серпентинитового материала.
Для приближения к условиям реального производства измельчение материала осуществлялось в 2-секционной шаровой мельнице.
В каждую секцию загружалось по 5 кг материала (в первую секцию –
исходный серпентинит, в другую – термообработанный при 4500С).
Соотношение между массой материала и массой металлических цилиндров (диаметром 20 мм, высотой 25 мм и массой 72 г) составляло
1:6. Время измельчения равнялось 1-6 ч. Полученные данные приведены в табл. 4.2. После 4 ч измельчения выход фр. < 0,063 мм у
термически обработанного материала составил 80 %, в то время как у
исходного серпентинита – лишь 61 %. Очевидно, целесообразнее
произвести рассев, а затем – доизмельчение 20 % оставшейся массы.
Подобная закономерность наблюдается и при выделении фракций –
менее 0,1 мм и менее 0,05 мм.
Таблица 4.2
макромолекулами и другими компонентами полимеров влияют
гидратационные свойства порошков серпентинита. В табл. 4.3
приведены данные о поглощении воды образцами серпентинита,
прошедшими различную обработку.
Влияние продолжительности обработки серпентинита на грансостав
На контактное взаимодействие поверхности частиц с
119
Поглощение воды серпентинитовым порошком в зависимости
Серпенти-
нитовый
порошок
Н
2
О, %
(р/р
о
=
0,43)
Н
2
О, %
(р/р
о
=
0,92)
К
Форма поглощения
воды
Исходный
4,30
7,74
1,80
Адсорбция
Обработан-
ный при:
2500С
3000С
3500С
4500С
5500С
6000С
4500С
с ПАВ
3,05
3,01
2,92
2,76
2,00
0,91
2,83
5,64
5,72
5,42
5,58
5,86
5,58
6,39
1,85
1,90
1,86
2,02
2,93
6,14
2,26
Адсорбция
- // -
- // -
-// -
Адсорбция и капиллярное
поглощение
- // -
Адсорбция и слабое капил-
лярное поглощение
от условий его обработки при двух влажностях (р/ро=0,43 и р/ро=0,92)
Исходный серпентинит поглощает наибольшее количество
воды, преимущественно в адсорбированном состоянии (коэффициент
К = 1,8-2,0). Термообработка образцов приводит к заметному
уменьшению адсорбции воды, что более четко видно при влажности
р/р
= 0,43 (близкой к воздушно-сухому состоянию). В случае, когда в
о
результате термообработки идет агрегация частиц и возникают микрокапилляры, при заметном уменьшении адсорбции воды возрастает ее
капиллярное поглощение. Это явление начинает слабо проявляться
уже при температуре 550
фициента К (> 2,0) и интенсивнее протекает при нагреве до 6000С.
Введение добавки ПАВ слабо влияет на поглощение воды.
Серпентинитовый порошок, как исходный, так и термообработанный, характеризуется высокими значениями рН (более 10), то
есть обладает хорошо выраженными щелочными свойствами. Термообработка порошка в интервале температур 350-5500С заметно увеличивает значения рН (до 10,5), а после более высокотемпературного
нагрева (600
товые существенно магнезиальные минералы, а также брусит и оли-
0
С) намечается тенденция к снижению рН.
Высокие значения рН создают, прежде всего, все серпентини-
вин. При температурах 350-4500С из брусита выделяется вода, и пос-
Таблица 4.3
0
С, о чем свидетельствует значение коэф-
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]