Исследование йеменских глин и производство самана

История самана насчитывает не одно тысячелетие. И Великая китайская стена, и пирамиды в Египте, и Чан-Чан в Перу, и ставший уже классическим приоратский замок архитектора Н.А. Львова в Гатчине, и даже современное здание общежития в студенческом городке Массачусетского университета в США – всё это построено из самана. В разных странах мира – в России, Португалии, Индии, Украине, США – проводились научные исследования, которые выявили возможности самана как дешевого и экологичного строительного материала. Эти исследования проводили для изучения физикомеханических и других эксплуатационных свойств cамана как эффективного в восточных странах строительного материала [1].

Для производства самана в качестве связующего используют глину, в состав которой входят глинистые минералы – каолинит, монтмориллонит, гидрослюды и кварцевый песок в определенной пропорции, обеспечивающей необходимые технологические характеристики получаемого самана [2, 3].

Для установления возможности получения эффективного самана с использованием йеменских глин в данной работе приведены результаты изучения их состава, свойств и выявлены особенности их использования в производстве самана.

В ходе исследования были определены состав йеменских глин и свойства, такие как усадка, влажность, прочность при сжатии.

Цель работы:

Исследовать возможность использования йеменских глин в производстве самана.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

– изучать фазовый состав и свойства йеменских глин;

– оценить свойства самана и возможность использования его в жилищном строительстве.

Материалы и методы исследования

В исследовании использовали глины:

• N – с месторождения Лахдж;

S – с месторождения Абйан.

Для изучения фазового состава глин применяли рентгенофазовый (РФА) анализ на дефракто-метре DPOH-3M, дериватографические (ДТА) исследования проводили на дериватографе системы LuxxSTA 409 PC немецкой фирмы Netzsch.

Результаты исследований

Анализ свойств и состава йеменских глин:

• 1.    РФА и ДТА йеменских глин. На рис. 1–4 приведены результаты анализов двух образцов йеменской глины из разных карьеров (N, S):

По данным РФА, глины (N, S) включают: каолинит с d/n = 7,14; 4,17; 3,57; 2,48; 2,33; 2,29; Å; монтмориллонит d/n = 4,47; 3,42; 2,60; 1,71; Å и кремнезём в виде кварца d/n = 4,24; 3,34; 1,81; 1,54; Å.

Дериватограммы показали потерю массы при Т = 480–590 °С (каолинит), при Т = 590–800 °С потери воды из монтмориллонита.

Анализ по количеству химически связанной воды выявил ряд закономерностей.

Глина N:

(Al,Mg) 2 (OH) 2 [Si 4 O 10 ] H 2 O – монтмориллонит = 59,6 %.

Рис. 2. ДТА глины N

(Al 2 O 3 )·2SiO 2 ·2H 2 O – каолинит = 11,9 %.

Суммарная глина Σ = 71, 5 %, остальное – кварц (песок =28,5 %) .

Число пластичности глины: 9,2 %.

Глина S:

(Al,Mg)2(OH)2 [Si4O10] H2O – монтмориллонит = 48,3 %.

Al2O3·2SiO2·2H2O – каолинит = 16,5 %.

Суммарная глина Σ = 64,8 %, остальное – кварц (песок) = 35,2 %.

Число пластичности: 6,5 %.

На основании полученных результатов по составу и свойствам глин для испытаний в самане была принята глина N.

Саман изготавливали из массы со следующим соотношением компонентов: (1 : 0,26 : 0,19 : 0,59) глина, песок, солoмка и вода, которые традицион-

Рис. 3. РФА глины S

Рис. 4. ДТА глины S

но используются в Йемене для изготовления саманных кирпичей.

Были изготовлены 21 образец размерами 15×10×7,0 см в деревянных формах.

Изготовление самана проводили в естественных условиях.

Образцы сушили на открытом воздухе при температуре 42–45 °С первые 3 суток в тени и да- лее на солнце. Испытания проводили каждые три дня, отбирая по три образца и определяя влияние времени сушки на физико-механические свойства самана.

При испытании образцов самана определили их массу, плотность, влажность, усадку и прочность при сжатии R (см. таблицу).

В результате исследования сделаны следующие выводы :

• 1)    для йеменской глины установлена математическая зависимость прочности образцов самана от времени высыхания;

• 2)    уменьшение влажности в процессе сушки должно быть плавным, для предотвращения растрескивания самана из-за неравномерной усадки [4, 5].

Выявлена взаимосвязь между свойствами самана (рис. 5–7).

Средние результаты испытаний

Отклики
№ образца	Кол-во дней	Mасса M cp , г	Плотность ρ cp , г / см3	Усадка ℓ cp, %	Влажность W̊ cp , %	Прочность R сжт , МПа
C 1.2.3	3	1284	1,223	0,50	10,7	0,8
C 4.5.6	6	1282	1,221	1,9	9,3	1,2
C 7.8.9	9	1303	1,241	2,6	8,01	1,8
C10.11.12	12	1285	1,224	3,5	6,39	2,2
C13.14.15	15	1308	1,246	4,3	4,26	2,9
C16.17.18	18	1278	1,217	5,2	2,28	3,1
C19.20.21	21	1305	1,243	5,4	1,29	4,2

Рис. 5. Изменение прочности от времени сушки

Рис. 6. Соотношение влажности и времени сушки

Рис. 7. Соотношение усадки и продолжительности сушки

Заключение

• 1.    Установлены математические зависимости свойств самана от его влажности для конкретной йеменской глины.

• 2.    Получены образцы самана с характеристиками высокой плотности и сравнительно низкой прочности при сжатии.

Поэтому в дальнейших исследованиях необходимо уменьшить теплопроводность, усадку и поднять теплоизоляционные свойства, что позволит повысить прочность и долговечность саманных зданий.