Development of the composition and properties of a wall block made of non-autoclaved aerated concrete based on secondary raw materials of the Kyrgyz Republic

Abstract

Метою дослідження було розроблення складу неавтоклавного газобетону із застосуванням місцевих вторинних і техногенних матеріалів для зниження собівартості при забезпеченні нормативної міцності. Методологія включала лабораторні випробування на базі Киргизького державного університету будівництва, транспорту і архітектури з використанням портландцементу, негашеного вапна, гіпсу, алюмінієвої пудри і різних мінеральних заповнювачів: некондиційного глинистого піску, польовошпатового піску та хвостів збагачення сурм’яних руд (ХЗСР). Дослідження проводили за варіювання співвідношень компонентів для визначення впливу на середню густину і міцність на стиск. Результати показали, що мінімальна густина 575-580 кг/м3 досягалася за вмісту 60-70 % ХЗСР і 30-40 % польовошпатового піску за рахунок збільшеної пористості активної дисперсної фази. Підвищення частки польовошпатового піску збільшувало щільність до 800 кг/м3. Використання глинистого піску в межах 30-35 % знижувало густину до 625-650 кг/м3 за рахунок активізації газоутворення і формування розвиненої пористої структури. Максимальна міцність 2,23 МПа досягалася при 100 % ХЗСР завдяки високому вмісту активного кремнезему і синтезу гідросилікатів кальцію. Збільшення частки польовошпатового або глинистого піску знижувало міцність до 1,61-1,66 МПа. Додавання до 1 % NaOH сприяло інтенсифікації газоутворення та активації алюмосилікатних компонентів, покращуючи розподіл пір і підвищуючи міцність при зниженні щільності. Макроструктурний аналіз підтвердив, що застосування піску дрібних фракцій (≤0,315 мм) забезпечує рівномірну пористу структуру, покращуючи міцність і теплоізоляційні властивості матеріалу, в той час як великі фракції викликали структурні дефекти і зниження характеристик. Практична цінність роботи полягає в можливості застосування розроблених складів у малоповерховому та сільському будівництві, при виробництві легких стінових блоків в умовах малого та середнього бізнесу, а також для розширення використання місцевих мінеральних відходів у будівельній галузі з одночасним зниженням екологічного навантаження

The aim of this study was to develop the composition of non-autoclaved aerated concrete using local secondary and technogenic materials to reduce production costs while ensuring compliance with strength standards. The methodology involved laboratory tests conducted at the Kyrgyz State University of Construction, Transport and Architecture named after N. Isanov, using Portland cement, quicklime, gypsum, aluminium powder and various mineral aggregates: substandard clay sand, feldspathic sand, and antimony ore beneficiation tailings (AOBT). The study varied component ratios to determine their effect on average density and compressive strength. Results showed that a minimum density of 575-580 kg/m3 was achieved with 60-70% AOBT and 30-40% feldspathic sand, owing to the increased porosity of the active dispersed phase. Increasing the proportion of feldspathic sand raised the density to 800 kg/m³. The use of clay sand in the range of 30-35% reduced the density to 625-650 kg/m3 due to the activation of gas formation and the development of a well-formed porous structure. The maximum strength of 2.23 MPa was achieved with 100% AOBT, owing to the high content of reactive silica and the synthesis of calcium hydrosilicates. Increasing the share of feldspathic or clay sand reduced strength to 1.61-1.66 MPa. The addition of up to 1% NaOH promoted gas generation and activation of aluminosilicate components, improving pore distribution and increasing strength while lowering density. Macroscopic structural analysis confirmed that using fine sand fractions (≤0.315 mm) ensures a uniform porous structure, improving both strength and thermal insulation properties of the material, whereas coarse fractions caused structural defects and a decline in performance. The practical value of this work lies in the potential application of the developed compositions in low-rise and rural construction, in the production of lightweight wall blocks by small and medium-sized enterprises, and in the expanded use of local mineral waste in the construction industry while simultaneously reducing environmental impact