Исследование свойств минерально-щелочных композитов, полученных прессованием | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Ерошкина Н. А., Коровкин М. О., Полубаров Е. Н. Исследование свойств минерально-щелочных композитов, полученных прессованием // Молодой ученый. — 2015. — №8. — С. 244-247. — URL https://moluch.ru/archive/88/17643/ (дата обращения: 13.12.2018).

В работе исследовано влияние состава минерально-щелочного вяжущего и давления прессования на прочность и плотность материала. Установленные зависимости позволят назначать составы вяжущего с учётом давления прессования для получения материала с заданными характеристиками.

Ключевые слова: минерально-щелочное вяжущее, геополимер, гранит, шлак, активатор твердения, прессование.

 

Основным способом формования изделий на основе минерально-шлаковых, геосинтетических и минерально-щелочных вяжущих в настоящее время является прессование и вибропрессование [1]. Это связано с тем, что такой способ формования позволяет использовать смеси с низким содержанием воды, получая при относительно низких расходах щелочей более высокие концентрации растворов активаторов твердения шлака.

Минерально-щелочное вяжущее — многокомпонентный материал, включающий в свой состав не менее пяти обязательных составляющих: реакционно-способной горной породы, шлака, двухкомпонентного активатора твердения и воды [2, 3]. При оптимизации состава этого вяжущего должны учитываться условия формования бетонной смеси, в частности, давление прессования смеси. Повышение давления прессования смеси позволяет снизить расход активатора твердения или повысить прочность. С другой стороны, высокое давление прессования ведет к ускорению износа оборудования.

Нами были проведены исследования по выявлению закономерностей влияния состава вяжущего и давления на прочностные характеристики мелкозернистого бетона на минерально-щелочном вяжущем.

Методы и материалы

Влияние параметров состава вяжущего и давления прессования на прочность и плотность материала было исследовано с применением методов математического планирования эксперимента. Составы минерально-щелочного вяжущего назначались в соответствии с ортогональным трехфакторным планом эксперимента. В качестве исследуемых факторов были выбраны: x1 — содержание шлака (Ш), x2 — расход раствора щелочного активатора (Ак), x3 — логарифм давления прессования смеси lg(P). Для первого фактора основной уровень варьирования составлял 20 %, а интервал варьирования — 6 %, для второго фактора — 12 % и 4 %, а для третьего 1,6 и 0,6, соответственно.

Для изготовления вяжущего использовались измельченные до удельной поверхности 350 м2/кг отсев дробления гранитного щебня и доменный гранулированный шлак, которые перемешивались с песком. Затем сухая смесь затворялась раствором щелочного активатора. Полученная смесь формовалась в пресс-формах при давлении прессования от 10 до 160 МПа. Изготовленные образцы цилиндрической формы диаметром 25 мм при высоте 24–27 мм в течение 1 суток выдерживались во влажных условиях, а затем подвергались тепловлажностной обработке в течение 10 часов при температуре изотермической выдержки 95°С.

В качестве сырьевых компонентов вяжущего использовались: отсев дробления гранита Павловского месторождения, шлак Новолипецкого металлургического комбината, щелочной активатор твердения с концентрацией 30 %, а в качестве заполнителя — песок Сурского месторождения. Подбор влажности формовочных смесей осуществлялся экспериментально с учетом принятого давления прессования и содержания раствора щелочного активатора.

Результаты и обсуждение

По полученным результатам прочности при сжатии и плотности минерально-щелочного вяжущего были построены математические модели полиномного вида.

Зависимость плотности от исследуемых факторов после исключения статистически незначимых коэффициентов описывается уравнением ρ = 2167,9+25,125·x2–9,2074 x1·x3. Анализ уравнения показывает, что наибольшее влияние на плотность смеси оказывает давление прессования и взаимодействие шлака с активатором твердения.

Из рис. 1 видно, что по мере увеличения давления прессования и содержания щелочного активатора (б) с уменьшением отношения Ак/Вода (а) плотность минерально-щелочных вяжущих равномерно возрастает. При этом плотность вяжущих находится в очень узком интервале 2080–2240 кг/м3, для которого погрешность измерения составляет не более 3,8 %.

Рис.1. Зависимости плотности от давления прессования и соотношения Ак/Вода (а), а также от давления прессования и содержания активатора твердения (б)

 

На рис. 2 показан график зависимости прочности минерально-щелочного вяжущего после тепловлажностной обработки от содержания шлака и давления прессования. Математическим описанием этой зависимости является уравнение R = 45,4919 + 6,4388·x1 + 5,2705·x2 + 1,7252·x3 + 5,7348·x1·x2–1,9708·x1·x3–5,5192·x12–1,0636·x32. Анализ значений коэффициентов регрессии показывает, что прочность в наибольшей степени зависит от содержания в смеси шлака и давления прессования. С увеличением в составе вяжущего добавки шлака и давления прессования прочность возрастает (рис.2). Даже при средней величине давления прессования 15–40 МПа прочность составляет от 30 до 50 МПа.

Рис. 2. Зависимость прочности от содержания шлака и давления прессования смеси

 

Согласно графикам на рис. 3 прочность вяжущих в меньшей степени зависит от содержания активатора (рис. 3б) и отношения Ак/Вода (рис. 3а). Особенно это наблюдается в смесях с добавкой шлака менее 20 %, когда кривые прочности параллельны осям относящимся к Ак/Вода (рис. 3а) и содержанию активатора (рис. 3б). При увеличении добавки шлака до 20–27 %, активатора твердения с 13,5 % до 15,5 % прочность возрастает.

Рис. 3. Зависимость прочности от содержания шлака и соотношения Ак/Вода (а) или содержания активатора твердения (б)

 

Заключение

Были исследованы зависимости свойств минерально-щелочных композитов от состава вяжущего и давления прессования. Получены минерально-щелочные материалы с прочностью 30…50 МПа при плотности 2120….2200 кг/м3. Для получения вяжущих с указанными свойствами необходимо введение в его состав 14–27 % добавки шлака, до 14 % раствора щелочного активатора (от веса вяжущего), при этом формование может производиться при давлении прессования 15…40 МПа.

 

Литература:

 

1.         Калашников, В. И. Технологические и теоретические основы получения высокопрочного силицитового геополимерного камня / В. И. Калашников, В. Ю. Нестеров, Ю. В. Гаврилова, Ю. С. Кузнецов // Строительные материалы. 2006. — № 5. — С. 60–63.

2.         Ерошкина, Н. А. Вяжущее, полученное из магматических горных пород с добавкой шлака, и бетон на его основе / Н. А. Ерошкина, В. И. Калашников, М. О. Коровкин // Региональная архитектура и строительство. 2011. № 2. С. 62–65.

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

Основные термины (генерируются автоматически): давление прессования, щелочной активатор, содержание шлака, активатор твердения, прочность, зависимость прочности, зависимость плотности, давление прессования смеси, тепловлажностная обработка, плотность материала.


Похожие статьи

Исследование свойств геополимерного вяжущего на основе...

Основные термины (генерируются автоматически): жидкое стекло, тепловая обработка, гидроксид натрия, прочность, шлак, щелочной активатор, тепловлажностная обработка, щелочной компонент, коэффициент размягчения, качество активатора твердения.

Улучшение характеристик бетонов путем ввода активной...

 сокращения продолжительности тепловлажностной обработки изделий, ускорение сроков раcпалубливания и нагруженния монолитных конструкций

 Ввод молотого шлака в состав бетонной смеси, в зависимости от способов твердения бетонов, улучшает структуру...

Оценка длительности сохранения гидрофобных свойств...

Исследование свойств геополимерного вяжущего на основе гранита в зависимости от содержания шлака и активатора твердения. Рентабельное использование нанотехнологий в строительных материалах.

Исследование смешанного магнезиального вяжущего...

Рис. 1. Гистограмма зависимости плотности материалов от скорости перемешивания.

Исследование свойств геополимерного вяжущего на основе гранита в зависимости от содержания шлака и активатора твердения.

Влияние состава и режимов твердения на свойства...

Исследовано влияние на консистенцию бетонной смеси состава вяжущего и активатора твердения, а также влияние этих факторов, продолжительности предварительной выдержки и температуры тепловлажностной обработки на прочностные свойства мелкозернистого...

Разработка пористого железа из шлака на основе вспенивания...

Прессовки из Fe, Fe2O3, Al2O3, и СаСО3 быстро нагревают в тигле с целью проведения вспенивания расплавленного оксида углеродом

Исследование свойств геополимерного вяжущего на основе гранита в зависимости от содержания шлака и активатора твердения.

Значения давления и концентрации газа

Рис. 2. Зависимость скорости прессования от вязкосной характеристики смеси. 2.2 Влияние фракционного состава прессуемой смеси на плотность.

Рис. 4. Зависимость плотности изделия от высоты хода штока при различных скоростях прессования.

Оценка магматических горных пород в качестве сырья для...

Эти вяжущие способны твердеть и набирать прочность как при тепловлажностной обработке, так и в нормальных условиях [6, 7].

В качестве активатора твердения использовали водные растворы гидроксида натрия и низкомодульного силиката натрия.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Исследование свойств геополимерного вяжущего на основе...

Основные термины (генерируются автоматически): жидкое стекло, тепловая обработка, гидроксид натрия, прочность, шлак, щелочной активатор, тепловлажностная обработка, щелочной компонент, коэффициент размягчения, качество активатора твердения.

Улучшение характеристик бетонов путем ввода активной...

 сокращения продолжительности тепловлажностной обработки изделий, ускорение сроков раcпалубливания и нагруженния монолитных конструкций

 Ввод молотого шлака в состав бетонной смеси, в зависимости от способов твердения бетонов, улучшает структуру...

Оценка длительности сохранения гидрофобных свойств...

Исследование свойств геополимерного вяжущего на основе гранита в зависимости от содержания шлака и активатора твердения. Рентабельное использование нанотехнологий в строительных материалах.

Исследование смешанного магнезиального вяжущего...

Рис. 1. Гистограмма зависимости плотности материалов от скорости перемешивания.

Исследование свойств геополимерного вяжущего на основе гранита в зависимости от содержания шлака и активатора твердения.

Влияние состава и режимов твердения на свойства...

Исследовано влияние на консистенцию бетонной смеси состава вяжущего и активатора твердения, а также влияние этих факторов, продолжительности предварительной выдержки и температуры тепловлажностной обработки на прочностные свойства мелкозернистого...

Разработка пористого железа из шлака на основе вспенивания...

Прессовки из Fe, Fe2O3, Al2O3, и СаСО3 быстро нагревают в тигле с целью проведения вспенивания расплавленного оксида углеродом

Исследование свойств геополимерного вяжущего на основе гранита в зависимости от содержания шлака и активатора твердения.

Значения давления и концентрации газа

Рис. 2. Зависимость скорости прессования от вязкосной характеристики смеси. 2.2 Влияние фракционного состава прессуемой смеси на плотность.

Рис. 4. Зависимость плотности изделия от высоты хода штока при различных скоростях прессования.

Оценка магматических горных пород в качестве сырья для...

Эти вяжущие способны твердеть и набирать прочность как при тепловлажностной обработке, так и в нормальных условиях [6, 7].

В качестве активатора твердения использовали водные растворы гидроксида натрия и низкомодульного силиката натрия.

Задать вопрос