УДК 691.217–492.2:661.322

МОДИФИКАЦИЯ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОЙ ВОДОСТОЙКОСТИ. ЧАСТЬ 1

Калинин Денис Андреевич1, Грачева Юлия Вячеславовна2
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, магистр инженерно-строительного факультета
2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат технических наук, доцент кафедры геотехники и дорожного строительства

Аннотация
Данная статья посвящена подбору наиболее эффективных добавок, способных стабилизировать структуру силицитовых геосинтетических материалов.

Ключевые слова: активизатор твердения, геосинтетическое вяжущее, гидроксид алюминия, ГКЖ-10, коэффициент водостойкости., кремнефторид натрия, модифицирующая добавка, песчаник, щелочь


MODIFICATION OF GEOSYNTHETIC BINDERS TO IMPROVE LONG-TERM WATER RESISTANCE

Kalinin Denis Andreevich1, Gracheva Julia Vjacheslavovna2
1Penza state university of architecture and construction, The master of construction faculty
2Penza state university of architecture and construction, Candidate of Technical Sciences, associate professor of geotechnics and road construction

Abstract
This article focuses on the selection of the most effective supplements, is capable of stabilizing the structure silicicola geosynthetic materials.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Калинин Д.А., Грачева Ю.В. Модификация геосинтетических вяжущих для повышения длительной водостойкости. Часть 1 // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 11. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/11/40554 (дата обращения: 03.10.2017).

В ранее проведенных исследованиях [1] было разработано вяжущее на основе силицитовых горных пород. К геосинтетическим вяжущим могут быть отнесены такие вяжущие, которые на 92…94% состоят из измельчённой горной породы, без использования добавок самостоятельно твердеющих вяжущих веществ, в присутствии щелочей NaOH, KOH, или щелочных солей (Na2CO3, K2CO3 и др.), образуют твердеющие системы с прочностью как при нормально–влажностных условиях твердения, так и при температурных воздействиях при пропаривании и последующем сухом прогреве.

Недостатком геосинтетических вяжущих является низкая длительная водостойкость [1]. Образцы имеют достаточно высокую прочность во влажном состоянии через двое суток водонасыщения, однако, находясь в воде длительное время, постепенно разрушаются, выделяя гель кремниевой кислоты. В связи с этим, необходимо было предотвратить процессы выделения кремнекислоты, связать ее в устойчивые соединения и исключить саморазрушение силицитового камня от длительного экспонирования в воде.

Для определения водостойкости композиты из геосинтетического вяжущего изготавливались прессованием при давлении 25 МПа. В качестве вяжущего использовался молотый песчаник из с. Архангельское, Пензенской области с удельной поверхностью 1000 м2/кг. Активизация процессов твердения осуществлялась 6 %-ми щелочи от массы вяжущего.
Были изготовлены контрольные составы и составы с добавкой кремнийорганической жидкости ГКЖ-10 в количестве 3 %. Формовочные смеси имели влажность 12 %. Из
смесей прессовались образцы-кубы с ребрами 70 мм. После выдержки в течение 1 суток в нормально-влажностных условиях образцы подвергались сухому прогреву при
140º С. Результаты испытаний представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Влияние гидрофобизатора ГКЖ-10 на прочность и водостойкость геосинтетических композитов

№ состава

Вяжущее

В/Т

Количество добавки ГКЖ-10,% от массы вяжущего

Средняя плотность, кг/м3

Средняя прочность при сжатии, МПа,
после тепловой обработки

Средняя прочность при сжатии, МПа,
после водонасыщения в течение  72 часов

Коэффициент водостойкости через 3
суток водонасыщения, Кв

Основной

компонент

NaOH, % от массы вяжущего

1

Песчаник

архангельский Sуд=1000м2/кг

6,0

0,12

0

1905

154,4

25,0

0,16

2

6,0

0,12

3

1900

167,8

114,1

0,68

Анализ данных приведенных в таблице 3.14 показывает, что введение в состав вяжущего кремнийорганической жидкости ГКЖ-10 в количестве 3 % тормозило процесс разрушения и позволило не только повысить предел прочности при сжатии после тепловой обработки на 10 % по сравнению с контрольными образцами, но и коэффициент водостойкости до 0,68. Контрольные образцы, имея высокую прочность после тепловой обработки – 154,4 МПа и низкий коэффициент водостойкости – 0,16, быстро разрушались после погружения их в воду.

На рис.1. приведены данные по кинетике водопоглощения геосинтетических образцов в течение 5-ти суток.

Как видно из данных, приведенных на рис.1, значение весового водопоглощения по массе контрольных образцов через 5 суток составило 12 %, а у образцов с кремнийорганической добавкой ГКЖ-10 – 5,8%, т.е. на 50 % ниже. После 4-х суток нахождения гидрофобизированных образцов в воде их набухание составило 1,12 мм/м. Через 25 суток появились тонкие трещины, а через 30 суток они раскрылись до 1-2 мм.

Рис. 1. Кинетика водопоглощения по массе геосинтетического вяжущего: 1 – контрольный; 2- ГКЖ-10.

Более длительное хранение образцов в воде в течение 90 суток привело к раскрытию трещин до 3 мм, выделению геля кремнекислоты из материала с активным набуханием его и саморазрушением материала. При накоплении кремнекислоты образцы заливались водой до выделения геля, который отделяли, высушивали и взвешивали. Образцы вновь заливались водой до выделения новых порций геля. Полное выделение кремнекислоты за 120 суток составило 8,8 % от массы образца.

Добавка ГКЖ-10 даже в больших количествах не позволила осуществить надежную гидрофобизацию затвердевшего геосинтетического камня и предотвратить выделение кремнегеля из материала. Более того, наличие добавки способствовало более значительному выделению кремнекислоты, чем в контрольных составах без нее.

В следующем эксперименте в качестве модификаторов были выбраны кремнефторид натрия и гидроксид алюминия. Кремнефторид натрия является широко распространенным традиционным модификатором твердения силикатов щелочных металлов – жидких стекол. Процесс твердения
осуществляется по реакциям:

nSiO2+NaOH + H2O → H2SiO3 + (n-1)SiO2 + NaOH

Na2O∙SiO2 + (n-1) H2O → 2 NaOH + SiO2∙nH2

4 NaOH + Na2SiF6 → 6 NaF+ SiO2∙2H2O

В случае образования полисиликатов натрия в процессе твердения силицитовых вяжущих добавка может способствовать повышению длительной водостойкости образующихся жидкостекольных связок. Введение гидроксида алюминия имело целью стабилизировать структуру материала путем связывания части кремнегеля в нерастворимые соединения гидроалюмосиликатного состава.

Исследуемая композиция состояла из вяжущего, приготовленного совместным помолом в шаровой мельнице песчанистого сырья, в качестве которого был взят шемышейский песчаник Пензенской области, добавки кремнефторида натрия в количестве 3 % или сочетания 3% Na2SiF6 и 3% Al(OH)3  и добавки 7 % щелочного активизатора твердения NaOH.
Совместный помол песчаника с добавками Na2SiF6 и Al(OH)3 производился до удельной поверхности 600 м2/кг для обеспечения равномерного распределения добавки в объеме
материала и доведения показателя дисперсности до наиболее приемлемого, сочетающего оптимальный баланс между активностью вяжущего и энергоемкостью его
помола. Формовочные смеси имели влажность 14 %. Из смесей прессовались образцы-цилиндры с размерами d = 2 см, h = 2 см при давлении прессования 25 МПа. После выдержки в течение 1 суток в естественно–воздушных условиях образцы подвергались тепловой обработке при tиз=130 ºC и tиз=330 ºC (температура плавления NaOH). Подъем температуры осуществлялся равномерно в течение 4 часов, время изотермической выдержки составило 6 часов, а охлаждения – 4 часа. После тепловой обработки образцы испытывались с целью определения физико-механических показателей: плотности, прочности при сжатии и водостойкости. Данные, полученные в ходе испытания, представлены в табл. 2.

Таблица 2. – Влияние кремнефторида натрия  и тем пературы твердения на прочность и водостойкость образцов

№ состава

Вяжущее

Содержание добавок, % от массы вяжуще-го

Средняя плотность, кг/м3

Средняя прочность при сжатии, МПа, после тепловой обработки
  при

Средняя прочность при сжатии, МПа,
термообработанных образцов при tиз=330 oC, после
водонасыщения в течение 2 суток

Коэффициент

водо-стойкости Кв через

Основной компонент

Активизатор

 твердения, %

 от массы вяжущего

tиз=130 oC

tиз=330 oC

Al(OH)3

Na2SiF6

48 ч.

водонасыщения

60 сут. водонасыщения

1

Песчаник

шемышей-ский

7,0

0

0

1965

176,4

192,8

102,1

0,52

разрушились

2

7,0

0

3,0

1945

65,1

71,9

53,0

0,74

0,11

3

7,0

3,0

3,0

1930

35,8

42,6

34,2

0,80

0,18

Анализируя приведенные данные, можно отметить следующее. С повышением температуры изотермии при тепловой обработке от 130 до 330 ºC характерен незначительный прирост прочности при сжатии – примерно на 9-19 %. Прочность при сжатии образцов контрольного состава после тепловой обработки (Rсж = 192,8 МПа) в 2,5–4,5 раза выше прочности при сжатии образцов, приготовленных с добавками. Однако значение прочности образцов, прогретых при tиз =330ºC, после водонасыщения в течение 2-х суток снизилось по сравнению с

прочностью при сжатии в сухом состоянии на 20-26 %, а у контрольного – на 47 %, и, соответственно, коэффициенты водостойкости составили 0,74, 0,8 и 0,52.

По истечении двух месяцев наблюдения было установлено, что образцы с добавками, находящиеся в воде, не разрушались, в отличие от контрольных. Однако через полгода образцы с добавками также разрушались в воде.

Приведенные исследования, показали, что добавки: ГКЖ-10, кремнефторид натрия и гидроксид алюминия не способны стабилизировать структуру геосинтетического материала, а значит, и повысить его длительную водостойкость.


Библиографический список
  1.  Калашников В.И. Технологические и теоретические основы получения высокопрочного силицитового геополимерного камня
    /  В.И. Калашников, В.Ю. Нестеров, Ю.С. Кузнецов, Ю.В. Грачева // Строительные материалы. 2006. № 5.  С 60-63.


Все статьи автора «Грачева Юлия Вячеславовна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: