Библиографическое описание:

Ерошкина Н. А., Коровкин М. О., Кузнецова А. Ю., Уразова А. А. Структурообразование геополимерного вяжущего на основе магматических горных пород с добавкой шлака // Молодой ученый. — 2015. — №13. — С. 109-112.

Изучено влияние параметров состава безобжигового геополимерного вяжущего на основе магматических горных пород с добавкой шлака. Установлено, что увеличение дозировки шлака с 6 до 30 % значительно повышает прочность вяжущего и темпы ее набора. Показано, что тонкость помола горной породы оказывает влияние на прочность вяжущего в поздние сроки твердения, что характеризует горную породу как активный компонент вяжущего.

Ключевые слова: геополимер, гранит, базальт, доменный шлак, структурообразование, прочность.

 

Геополимеры относятся к числу наиболее активно развивающихся направлений разработки новых видов строительных материалов. Несмотря на значительное число публикаций, посвященных проблеме структурообразования геополимерных материалов, многие аспекты их твердения остаются неясными.

В настоящее время разработано несколько разновидностей этих материалов, но наиболее перспективными считаются активированные щелочами или силикатами натрия золы ТЭС и другие виды природных и техногенных алюмосиликатных материалов [1, 2]. Считается, что твердение этих материалов обусловлено растворением в гиперщелочных растворах алюмо- или кремнекислородных мономерных групп минералов горных пород и технических продуктов, которые затем образуют трехмерные полимерные структуры, обеспечивающие достаточно высокие деформативно-прочностные характеристики и долговечность материала [1].

Для модифицирования геополимеров могут использоваться различные материалы [1, 2], наиболее распространенным из которых является доменный гранулированный шлак. Введение этого компонента в состав вяжущего придает ему гидравлические свойства и повышает прочность. Увеличение расхода шлака с 6 до 30 % в вяжущих на основе гранита и базальта, измельченных до удельной поверхности 350 м2/кг, повышает прочность вяжущего в несколько раз (см. таблицу). При дальнейшем увеличении расхода шлака прочность практически не изменяется. Кроме того, повышение дозировки шлака обеспечивает более высокий рост прочности составов, твердеющих в воде, чем составов, твердевших в воздушно-влажностных условиях.

Влияние расхода шлака на прочность вяжущего на основе гранита и базальта

Горная порода

Условия твердения

Прочность вяжущего, МПа, при содержании в нем шлака, %

6

12

18

24

30

36

Гранит

воздушно-влажные

10,5

28,3

38,0

56,4

69,9

70,9

Базальт

10,8

24,2

34,1

48,4

57,1

57,4

Гранит

в воде

7,3

31,7

45,9

69,0

84,4

84,0

Базальт

10,1

29,4

43,8

64,3

80,2

76,9

 

Анализ данных в таблице позволяет сделать вывод о том, что шлак вносит значительно более высокий вклад в структурообразование геополимерного вяжущего на основе магматических горных пород. Однако увеличение дозировки шлака обеспечивает не только более высокую прочность, но и ведет к росту усадки вяжущего, что может негативно отразиться на прочности и долговечности строительных материалов на основе такого вяжущего.

Многократное повышение прочности вяжущего при увеличении расхода шлака с 6 до 30 % позволяет предположить, что этот материал является активным компонентом вяжущего, а измельченная горная порода служит инертным наполнителем, снижающим усадочные деформации. Однако исследование влияния удельной поверхности шлака и горной породы на прочность не подтверждают эту гипотезу. Повышение тонкости помола горных пород оказывает влияние на прочность в более поздние сроки твердения (рис. 1), что характеризует их как менее активный, чем шлак, но не инертный компонент вяжущего.

Фазовый состав продуктов взаимодействия доменного шлака и щелочных активаторов не достаточно изучен. Отмечается, что в состав могут входить гидросиликаты кальция и ксонолит, гидротальцит, а также минералы цеолитовой группы [3, 4]. В работе [5] установлено, что при активации шлака метасиликатом натрия продукты реакции не содержат цеолитовых минералов. Проведенные нами исследования ИК-спектров поглощения показали, что после твердения в течение 28 суток вяжущее на основе 25 % шлака и 75 % гранита содержит цеолитовые минералы (рис. 2). Это подтверждает, что исследованное вяжущее можно отнести к геополимерным, для которых характерно образование минералов этой группы.

а)

б)

в)

г)

Рис. 1. Зависимость прочности вяжущего в возрасте 3 (а, б) и 28 сут (в, г) от удельной поверхности базальта (а, в) и гранита (б, г) при различной удельной поверхности шлака: 1–200 м2/кг; 2–300 м2/кг; 3–400 м2/кг

 

Рис. 2. Спектры поглощения в инфракрасном диапазоне вяжущего на основе гранита (75 %) и шлака (25 %), активированных метасиликатом натрия (отмечены линии, характерные для цеолитов)

 

Выводы

На ранних стадиях твердения вяжущих на основе горных пород с добавкой шлака прочность обеспечивается в основном за счет твердения шлака, а роль горной породы сводится к снижению усадочных деформаций вяжущего. Из-за низкой химической активности минералов магматических горных пород при их взаимодействии с щелочным активатором влияние этого фактора проявляется на поздних стадиях структурообразования. Влияние удельной поверхности измельченного гранита и базальта на прочность характеризует их как активный компонент вяжущего.

 

Литература:

 

1.         Davidovits, J. Geopolymer Chemistry and Applications / J. Davidovits. Saint Quentin, France: Geopolymer Institute, 2011. 632 p.

2.         Ерошкина, Н. А. Геополимерные строительные материалы на основе промышленных отходов: монография / Н. А. Ерошкина, М. О. Коровкин. Пенза: ПГУАС, 2014. 128 с.

3.         Глуховский, В. Д. Вяжущие композиционные материалы контактного твердения / В. Д. Глуховский, Р. Ф. Рунова, С. Е. Максумов. Киев: Вища школа, 1991. 243 с.

4.         Caijun, Shi. Hydration of alkali-slag cements at 150°C / Shi Caijun, Wu. Xuequan, Tang. Mingshu // Cement and Concrete Research. 1999. Vol. 21, Issue 1. P. 91–100.

5.         Wang, Shao-Dong. Hydration products of alkali activated slag cement / Shao-Dong Wang, K. L. Scrivener // Cement and Concrete Research. 1995. Vol. 25, Issue 3. P. 561–571.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle