Введение. Среди используемых строительных материалов конструкционные автоклавные силикатные изделия занимают одно из лидирующих мест. В классической технологии производства подобных стеновых материалов [1–3] используется определенный вяжущий компонент, который получают совместным помолом негашеной кальциевой извести совместно с кремнеземистым компонентом, как правило, это кварцевый песок. Процесс синтеза гидросиликатов кальция на основе подобного сырья [4–5] происходит при высоких температурах и давлениях, что предопределяет высокую энергоемкость производства, также стоит отметить невысокую прочность кирпича-сырца. Одними из актуальных задач, в строительном материаловедении, является проектирование и разработка композитов нового поколения [6–9] способных улучшить качество жизни человека, поиск путей снижение энергоемкости производства композитов, используемых в строительстве. Решение подобных задач возможно при использовании нетрадиционных и техногенных видов сырьевых ресурсов [10–14]. Теоретической базой решения данных актуальных задач является трансдисциплинарное научное направление геоника (геомиметика) [15, 16].В осуществленных ранее экспериментальных исследовательских работах [17, 19] было установлено, что нетрадиционные для стройиндустрии глинистые породы, имеющие определенный вещественный состав, возможно использовать в качестве сырья в технологии неавтоклавных силикатных материалов. Использование таких пород в технологии конструкционных силикатных материалов позволяет существенно увеличить не только прочность кирпича-сырца, и как следствие эксплуатационные показатели изделий, но и синтезировать новообразования в системе CaO-SiO2(Al2O3)-H2O в неавтоклавных условиях.Исходя из вышеизложенного, представляется интересным вопрос о получении неавтоклавных силикатных композитов на традиционном кремнеземистом сырье с применением специального алюмосиликатного вяжущего на основе глинистых пород незавершенной стадии минералообразования определенного генезиса, и негашеной извести. Рост прочности силикатных материалов в данном случае происходит в результате синтеза новообразований, образующихся в результате реакции гидроксида кальция с породообразующими минералами глинистых пород. Цель работы – получение стеновых силикатных материалов неавтоклавного твердения с применением кремнеземистого сырья и алюмосиликатного вяжущего на основе нетрадиционных глинистых пород и исследование влияния условий эксплуатации на их свойства. Материалы и методы исследования. В качестве сырьевых материалов для исследований использовали наиболее представительные нетрадиционные глинистые породы региона Курской магнитной аномалии, по своему составу относящиеся к эолово-элювиально-делювиальным глинистым породам четвертичного возраста. В качестве кремнеземистого компонента, для получения неавтоклавных силикатных материалов использовался кварцевый песок Нижнеольшанского месторождения Белгородской области. Алюмосиликатное вяжущее получали совместным помолом исследуемых глинистых пород незавершенной стадии минералообразования и негашеной кальциевой извести, соответствующей  ГОСТ 9179–2018. При изготовлении образцов использовали смесь, включающую в себя предварительно приготовленное алюмосиликатное вяжущее с удельной поверхностью 1000 м2/кг и кварцевый песок Нижнеольшанского месторождения Белгородской области. Образцы-цилиндры формовали на гидравлическом прессе при давлении прессования – 20 МПа. После формования образцы-цилиндры помещались в камеру тепловлажностной обработки с последующим выдерживанием в ней в течение 9 ч при температуре водяного пара 95 °С. Исходя из требований необходимой нормативной документации в ходе исследований были определены физические, а также механические свойства полученных образцов.Для определения вещественного состава применяемых нетрадиционных глинистых пород, состава образующихся новообразований получаемых композитов использовали методы рентгенофазового, дифференциально-термического анализов. Морфологические особенности исходных сырьевых материалов и синтезируемых новообразований определяли при использовании методов растрово-электронной микроскопии (РЭМ).Результаты исследования и их обсуждение. Получение стеновых силикатных материалов неавтоклавного твердения с применением традиционного кремнеземистого сырья, возможно за счет использования алюмосиликатного вяжущего, на основе нетрадиционных глинистых пород, которые позволяют синтезировать прочныйкаркас новообразований, представленный соединениями системы CaO–SiO2(Al2O3)–H2O и гидрогранатами, не только при использовании режимов повышенных давлений и температур в автоклаве, но и при режимах пропарки с температурами до 100 °С [18, 20]. Таким образом, достижение необходимого уровня структурообразования предопределяет возможность получения неавтоклавных силикатных материалов на основе кремнеземистого сырья с определенным набором свойств.Для исследований использовали три наиболее представительные глинистые породы, отличающиеся по составу и относящиеся эолово-элювиальные-делювиальные смешано-слойным образованиям четвертичного возраста, отобранные в регионе Курской магнитной аномалии. Определение фракционного состава глинистой породы производили методом ситового анализа. Установленно, что в используемых глинистых породах № 2 и № 3 преобладают частицы относящиеся к пелитовой фракции (51,1 %), для глинистой породы № 1 этот показатель составляет – 22,6 %. Исходя из данных гранулометрического анализа и установленному числу пластичности, используемых в исследованиях глинистых пород региона КМА, глинистая порода № 1 – относится к супеси (число пластичности 6), а глинистые породы № 2, 3 (число пластичности 7 и 11) – к суглинкам.По результатам рентгенофазового, дифференциально-термического методов  анализа установлен минеральный состав (рис. 1). Так, применяемые глинистые породы имеют в своем составе смешанослойные образования вида гидрослюда-монтмориллонит (рефлексы на рентгенограме 8 – 18 Å), также присутсвует гидрослюда (10,0; 5,0; 3,32 Å), в небольшых количествах каолинит (7,138–7,2 Å) и монтмориллонит (14,25–17,96 Å), тонкодисперсный слабоокатанный кварц, имеющий кородированную в различной степени поверхность. Использованные для исследования глинистые  алюмосиликатные горные породы имеют весьма переменный химический состав, а также характерзуются несовершенством их кристаллической решетки. Исходя из наличия фона на анализируемых рентгенограммах можно предположить о наличии рентгеноаморфной фазы. Таким образом, исходя из генезиса используемых глинистых пород, представляющих очень сложную систему с весьма различным набором свойств, и характеризующуюся незавершенностью процессов глинообразования, наличием тонкодисперсной пелитовой фракции, предопределяется возможность активного химического взаимодействия компонентов подобных глинистых пород с кальциевой известью с образованием новообразований в системе CaO-SiO2(Al2O3)-H2O в неавтоклавных условиях, способную с течением времени перекристаллизовываться, что приводит к повышению эксплуатационных характеристик материала.Задачей проведенных исследований явилось проектирование составов сырьевых смесей с применением алюмосиликатного вяжущего на основе нетрадиционных глинистых пород и кремнеземистого сырья с целью оптимизации структуры композита на всех размерных уровнях, и как следствие, достижения необходимых физико-механических свойств неавтоклавных силикатных материалов. Рис. 1. Рентгенограммы используемых глинистых пород региона КМА:1 – глинистая порода № 1;  2 – глинистая порода № 2;  3 – глинистая порода № 3  В предыдущих экспериментальных исследованиях в качестве вяжущего компонента использовали молотую негашеная кальциевую известь, а также, в зависимости от состава, известково-глинистое вяжущее. Исходную глинистую породу использовали как заполнитель. Установлено, что рациональное содержание негашеной кальциевой извести для смесей на основе нетрадиционных глинистых пород [18–20] находится в пределах 10–12 мас. %. Исходя из этого, для проведения исследований было приготовлено алюмосиликатное вяжущее (табл. 1), путем совместного помола в вибромельнице используемых глинистых пород и негашеной кальциевой извести. Процентное содержание CaO в алюмосиликатном вяжущем составило 12 и 20 мас. %. Помол вяжущего осуществлялся до удельной поверхности 1000 м2/кг, что обеспечивает увеличение плотности упаковки материала. Таблица 1  Состав полученного алюмосиликатного вяжущего на основе используемого сырья №Негашеная известь, мас. %Глинистая порода, мас. %Удельная поверхность вяжущего, м2/кг112851000220801000 Сырьевую смесь для изготовления образцов получали путем смешивания полученного алюмосиликатного вяжущего и кремнеземистого компонента, затем в смесь добавляли требуемое количество воды. Далее увлажненную сырьевую смесь помещали в герметичную емкость (с целью гашения CaO) с последующим выдерживанием. Алюмосиликатное вяжущее вводилось в сырьевую смесь в количество 20 – 50 мас. %. Сырьевая влажность смеси варьировалась в зависимости от состава и составляла 8–12 %. После формования образцы-цилиндры подвергали гидротермальной обработке. Составы сырьевых смесей, использованные для проведения экспериментов, приведены в таблице 2.  Таблица 2 Составы сырьевых смесей, использованные для проведения экспериментов Компоненты№ состава1234Кремнеземистый компонент, мас. %50607080Вяжущее, мас. %50403020 После тепловлажностной обработки образцы-цилиндры выдерживали 3-е суток в естественных условиях, с последующим определением свойств образцов. Результаты испытаний представлены на рисунке 2 и в таблице 3.  а) б) Рис. 2. Влияние содержания алюмосиликатного вяжущего (а – содержание CaO в алюмосиликатном вяжущем, 12 мас. %; б – содержание CaO в алюмосиликатном вяжущем, 20 мас. %) на показатель предела прочности образцов на основе глинистых пород (1– глинистая порода № 1; 2 – глинистая порода № 2; 3 – глинистая порода № 3)Таблица 3 Эксплуатационные свойства неавтоклавных силикатных материалов на основе алюмосиликатного вяжущего и кремнеземистого компонента Физико-механическиехарактеристики№ состава1234Содержание CaO в алюмосиликатном вяжущем, 12 мас. %Глинистая порода № 1Предел прочности при сжатии, МПа1918,110,26,3Предел прочности при сжатии, МПа (6 месяцев в условиях повышенной влажности)25,321147Средняя плотность, кг/м31850187518551850Глинистая порода № 2Предел прочности при сжатии, МПа19,618,810,57,6Предел прочности при сжатии, МПа (6 месяцев в условиях повышенной влажности)2621,513,58,9Средняя плотность, кг/м31850187518601860Глинистая порода № 3Предел прочности при сжатии, МПа20,219,7118,5Предел прочности при сжатии, МПа (6 месяцев в условиях повышенной влажности)2721,51410Средняя плотность, кг/м31865188018501850Содержание CaO в алюмосиликатном вяжущем, 20 мас. %Глинистая порода № 1Предел прочности при сжатии, МПа24,420,411,66,8Предел прочности при сжатии, МПа (6 месяцев в условиях повышенной влажности)31,530157,5Средняя плотность, кг/м31920192219301925Глинистая порода № 2Предел прочности при сжатии, МПа25,121,212,37,9Предел прочности при сжатии, МПа (6 месяцев в условиях повышенной влажности)3029,514,79,1Средняя плотность, кг/м31925192019201930Глинистая порода № 3Предел прочности при сжатии, МПа26,321,712,49,9Предел прочности при сжатии, МПа (6 месяцев в условиях повышенной влажности)312914,511Средняя плотность, кг/м31935192519201930 Увеличение в сырьевой смеси доли алюмосиликатного вяжущего (рис. 1, а) повышает показатель предела прочности на сжатие образцов (алюмосиликатное вяжущее на основе глинистой порода №1 и содержанием CaO – 12 мас. %) с 6,3 до 19 МПа (см. таблица 3). В образцах, где использовалось алюмосиликатное вяжущее, полученное на основе глинистой породы № 2 (CaO ­ 12 мас. %), предел прочности при сжатии повышается 7,6 до 19,6 МПа, а при использовании вяжущего (CaO ­ 12 мас. %) на основе глинистой породы № 3 – с 8,5 до 20,2 МПа.Увеличение содержания доли CaO в алюмосиликатном вяжущем с 12 до 20 мас. % приводит к повышению показателя предела прочности при сжатии (таблица 3 и рис. 1, б). Это увеличение составляет до 20 %.Показатель средней плотности образцов в основном зависит от процентного содержания негашеной кальциевой извести в алюмосиликатном вяжущем. Установлено, что при увеличение процентного содержание CaO в алюмосиликатном вяжущем значение показателя средней плотности варьируется от 1850 до 1920 кг/м3. Показатель коэффициента размягчения находится в пределах 0,5–0,6. При использовании такого вида сырьевой смеси, показатель коэффициента размягчение ниже по отношению к образцам, в которых в качестве заполнителя использовали исходную нетрадиционную для стройиндустрии глинистую породу [18]. Исходя из этого, предлагаемый материал может использоваться при возведении несущих стен, перегородок внутри задний и сооружений.В ранее проведенных исследованиях [21] изучено изменение свойств неавтоклавных силикатных материалов, с использованием нетрадиционных глинистых пород, в условиях повышенной влажности. Установлено, что пелитовая составляющая используемых глинистых пород обеспечивает синтез новообразований, которые обладают гидравлическими свойствами. Исходя из этого, представляется интересным влияния условий повышенной влажности на свойства неавтоклавных силикатных материалов на основе кремнеземистого сырья и алюмосиликатного вяжущего. Установлено, что после выдерживания образцов в течение 6 месяцев в условиях повышенной влажности показатель предела прочности при сжатии всех составов увеличивается на 20–25 % (см. таблица 3). Увеличение доли негашеной кальциевой извести, в алюмосиликатном вяжущем, с 12 до 20 мас. % не значительно влияет на проявление гидравлических свойств синтезируемых новообразований в системе CaO-SiO2(Al2O3)-H2O.Таким образом, в полученных образцах синтезируются новообразования, которые в процессе эксплуатации композита, и особенно в условиях повышенной влажности, способны к перекристаллизации. Описанный процесс способствует модификации структуры формируемых цементирующих соединений, синтезирующихся в алюмосиликатном вяжущем в неавтоклавных условиях, что улучшает свойства композитов на основе кремнеземистого сырья.Микроструктура полученных образцов на основе используемых глинистых пород при небольших увеличениях представляет собой плотный композит, в котором располагаются сцементированные зерна кварцевого песка (рис. 3). Сформированные новообразования, представляют собой низкоосновные слабокристаллизованные гидросиликаты кальция, которые образуют пространственную сетку, и заполняют поровое пространство между зернами кварца, и формируют кристаллизационную структуру.Прочность синтезируемой структуры получаемого композита существенно зависит от контактной зоны частиц кварцевого песка с вяжущим компонентом. Так на микрофотографиях наблюдаются крупные зерна кварца, которые покрыты плотной матрицей сформированных новообразований, формирующих кристаллизационную структуру на его поверхности (рис. 4), что определяет необходимые прочностные показатели изделий, за счет адгезии между вяжущим компонентом и заполнителем.В микроструктуре исходного образца наблюдаются участки со сферическими новообразованиями (рис. 3, а) диаметром около 0,5 мкм, которые расположены как на поверхности кварцевых зерен, так и в структуре вяжущего компонента, и скреплены между собой пространственной сеткой новообразований, представленных системой CaO-SiO2(Al2O3)-H2O, которая частично переходит в гелеобразную форму. После выдерживания образцов в течение 6 месяцев в условиях повышенной влажности наблюдается изменение морфологии сформировавшихся новообразований (рис. 5) в сравнении с исходными образцами (рис. 3). Так, сферических новообразованиями в микроструктуре материала не наблюдаются. Однако можно отметить увеличение объема и уплотнения пространственной сетки из новообразований, которая также принимает более хорошо окристаллизованный вид, что также способствует более лучшему скреплению частиц заполнителя, и как следствие повышению эксплуатационных характеристик материала. а)б)в)      Рис. 3. Микроструктура неавтоклавных силикатных материалов на основе алюмосилиактного вяжущего (CaO – 12 мас. %) и кремнеземистого сырья:а – на основе глинистой породы № 1; б – на основе глинистой породы № 2; в – на основе глинистой породы № 3  а) б) в) Рис. 4. Контактная зона частиц кварцевого песка с алюмосиликатным вяжущим (CaO – 12 мас. %):а – на основе глинистой породы № 1; б – на основе глинистой породы № 2; в – на основе глинистой породы № 3  а) б) Рис. 5. Кристаллические новообразования в микроструктуре образца на основе алюмосиликатного вяжущего (CaO – 12 мас. %):а – глинистая порода № 1; а – глинистая порода № 2 Таким образом, синтезирующиеся первоначальные сферические новообразования, распределенные по всей структуре материала, выступают в виде подложки, на которой в последующем формируются микрокристаллические новообразования, способные к перекристаллизации, что предопределяет оптимизацию структуры композита.Заключение. Таким образом, с целью создания неавтоклавных силикатных композитов на традиционном кремнеземистом сырье предлагается использование специального алюмосиликатного вяжущего на основе глинистых пород незавершенной стадии минералообразования определенного генезиса и негашеной извести. Рост прочности силикатных материалов в данном случае происходит в результате процесса образования новообразований, синтезирующихся в ходе химической реакции негашеной кальциевой извести с компонентами глинистых пород. Высокая удельная поверхность вяжущего обеспечивает увеличение плотности упаковки материала. За счет особенностей структурообразования системы CaO-SiO2(Al2O3)-H2O на основе нетрадиционных глинистых пород процесс формирования микроструктуры материала, который продолжается и после гидротермальной  обработки изделий, придает материалу гидравлические свойства.Предлагаемые вяжущие и технологии их производств можно реализовать в условиях малого и среднего бизнеса, что позволит получать конкурентоспособные неавтоклавные силикатные материалы с пределом прочности при сжатии до 25 МПа и средней плотностью 1850 кг/м3. Установлено, что необходимые эксплуатационные показатели получаемых изделий достигаются при расходах алюмосиликатного вяжущего более 30 % от всей массы сырьевой смеси. Исходя из значения коэффициента размягчения, рациональной областью применения разработанных композитов будет использование в качестве стенового материала при возведении внутренних несущих стен и перегородок зданий и сооружений. Источник финансирования. Исследование выполнено за счет средств Государственной программы Российской Федерации «Развитие науки и технологий» на 2013-2020 годы, Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы, в рамках Плана фундаментальных научных исследований Минстроя России и РААСН, тема 7.5.1.