УДК 691.335

ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ СЫРЬЯ НА СВОЙСТВА ГЕОПОЛИМЕРНОГО ВЯЖУЩЕГО НА ОСНОВЕ МАГМАТИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД

Ерошкина Надежда Александровна1, Коровкин Марк Олимпиевич2, Тымчук Екатерина Ильинична3
1ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., инженер-исследователь
2ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., доцент
3ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», студент

Аннотация
Приводятся результаты исследования влияния термической активации измельченных магматических горных пород на свойства геополимерных вяжущих. Показано, что термическая активация несущественно улучшает прочностные свойства геополимерных вяжущих.

Ключевые слова: геополимерное вяжущее, магматические породы, термическая активация, шлак, щелочная активация


INFLUENCE OF THERMAL ACTIVATION OF RAW MATERIALS ON THE PROPERTIES OF GEOPOLYMER BINDER BASED ON MAGMATIC ROCKS

Eroshkina Nadezda Alexandrovna1, Korovkin Mark Olimpievich2, Tymchuk Ekaterina Ilyinichna3
1Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Engineer-researcher
2Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
3Penza State University of Architecture and Construction, Student

Abstract
The results of studies on influence of thermal activation of crushed magmatic rocks on the properties of geopolymer binders are given. It is shown that the thermal activation is immaterial improves strength properties of geopolymer binders.

Keywords: alkaline activation, geopolymer binder, magmatic rock, slag, thermal activation


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Ерошкина Н.А., Коровкин М.О., Тымчук Е.И. Влияние термической активации сырья на свойства геополимерного вяжущего на основе магматических горных пород // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 4. Ч. 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/04/51874 (дата обращения: 05.06.2017).

Геополимерные материалы получаются из промышленных отходов, прошедших в процессе образования термическую обработку или природных минералов активированных при температуре 750-850 ˚С [1]. В качестве сырья для получения этих материалов используются алюмосиликаты полевошпатовой группы, а также золы и шлаки [2]. В соответствие с данными Дж. Давидовича температурная активизация исходных материалов способствует ускорению реакций образования прочных полимерных структур, подобных природным цеолитам [3]. Результаты ранее проведенных нами исследований свидетельствуют, что геополимерные вяжущие могут быть получены и без термической активации сырья при использовании магматических горных пород вместо традиционного сырья на основе термически активированных алюмосиликатов [4].

В настоящей работе были проведены сравнительные исследования эффективности термической активизации некоторых магматических горных пород. Было исследовано влияние термической активизации сырья на основные свойства геополимерных вяжущих.

Оценка свойств геополимерных вяжущих производилась по показателям удобоукладываемости смеси, усадочных деформаций, прочности при сжатии, водопоглощения и водостойкости.

Удобоукладываемость смесей определялась на встряхивающем столике по их расплыву через 5 минут от начала приготовления.

Для определения усадки из растворной смеси были изготовлены образцы размером 20×20×100 мм. В течение 1-3 сутки усадка определялась на компараторе оптического типа с ценой деления 0,001 мм. Последующие измерения проводись с помощью индикатора часового типа с погрешностью 0,01 мм.

Прочность при сжатии, водостойкость и водопоглощение определялись на образцах с размерами 20×20×20 мм. Прочность при сжатии оценивалась при твердении образцов в нормальных условиях в течение 60 суток, а также после их тепловой обработки при 105ºС.

Водопоглощение и водостойкость определялись через 60 суток выдержки образцов в воде. Для испытания использовались образцы, подвергавшиеся тепловой обработке.

В качестве сырья для получения геополимерного вяжущего исследовались прошедшие в течение 4 часов термическую активацию при температуре 800 ºС магматические породы – гранит Павловского месторождения, базальт (Карелия) и габбро-диабаз Орского месторождения. Горные породы предварительно измельчались в лабораторной шаровой мельнице до удельной поверхности Sуд = 350 м2/кг. Исследование свойств осуществлялось в сравнение с породами не подвергшихся термической обработке. В состав вяжущего вводилась добавка доменного шлака Новолипецкого комбината в количестве 10 и 25% от массы горной породы. В качестве активатора твердения применялся щелочной раствор на основе гидроксида натрия. Исследования проводились на растворной смеси состава 1:2 изготовленной с применением песка Сурского месторождения. Водовяжущее отношение смеси составляло 0,4.

Исследования удобоукладываемости вяжущих композиций показали, что термическая активизация магматических пород несколько снижает подвижность смеси независимо от содержания шлака. Наилучшей удобоукладываемостью обладают растворные смеси, содержащие в своем составе излившиеся породы – габбро-диабаз и базальт. Расплыв конуса таких смесей составляет соответственно 200-210 мм.


Рисунок 1 – Прочность вяжущих через 60 суток твердения в нормальных условиях в зависимости от содержания шлака: а – 10 % и б – 25 %


Рисунок 2 – Прочность вяжущих, твердевших при тепловой обработке при 105 °С в зависимости от содержания шлака: а – 10 % и б – 25 %

Геополимерные вяжущие твердеют и набирают прочность в нормальных условиях. При этом прочность вяжущих на основе термически обработанных пород с увеличением добавки шлака возрастает – на граните и на габбро-диабазе в 2,8 раза, а у вяжущего на базальте в 2,5 раза (см. рис.1). Через 60 суток твердения наибольшей прочностью обладают вяжущие на основе излившихся пород. Их прочность составляет от 59 до 64 МПа.

При кратковременной тепловой обработке (рис.2) наибольшей прочностью 54,6 МПа обладает вяжущее на основе активированного гранита, содержащее 25 % добавки шлака. У вяжущих на основе излившихся пород прочность составляет 43-46 МПа.

Рисунок 3 – Коэффициент размягчения (Кр) вяжущих на обожженном и необожженном сырье в зависимости от содержания шлака: а – 10 % и б – 25 %

Рисунок 4 – Водопоглощение вяжущих на обожженном и необожженном сырье в зависимости от содержания шлака: а – 10 % и б – 25 %

На водостойкость и водопоглощение вяжущих наибольшее влияние оказывает содержание шлака. С увеличением добавки шлака (рис. 3) повышается водостойкость и снижается водопоглощение вяжущих. Через 60 суток в зависимости от горной породы водостойкость по коэффициенту размягчения составляет 0,99-1,01, а водопоглощение – от 6,1 до 10,1 % (рис.4).


Рисунок 5 – Усадка вяжущих на обожженном и необожженном сырье в зависимости от содержания шлака: а – 10 % и б – 25 %

Результаты испытания образцов на развитие усадочных деформаций, приведенные на рис.5, показали, что на 7-10 сутки усадка стабилизируется на уровне постоянных значений. Из рисунков видно, что основное влияние на усадку также оказывает содержание шлака. Повышение добавки увеличивает усадку на 20-40 %. Наибольшей усадке подвержены излившиеся породы. В результате обжига базальта усадку вяжущего можно снизить до 1,7 мм/м.

В ходе работы было установлено неоднозначное влияние термической активизации магматических горных пород на свойства геополимерных вяжущих на их основе. Эффективность термической активизации пород проявляется только в ходе длительного твердения вяжущих в нормальных условиях. Особенно эффективен обжиг гранита, который позволяет получить вяжущее с высокими техническими свойствами: прочностью при твердении в нормальных условиях 55 МПа, водостойкостью Кр=1,0, водопоглощением 66 % % и усадкой не более 1,5 мм/м.


Библиографический список
  1. Davidovits J. Chemistry of Geopolymeric Systems Terminology. Geopolymer 1999. Saint –Quentin, France. P. 9-40.
  2. Palomo A., Marcias A., Blanco M.T., Puertas F., Grutzeck M.W., Blanco M.T. Physical, chemical and mechanical characterization of geopolymers // 9th Int. Con. On the Chem.Cem. 1992. P. 505-511.
  3. Davidovits J. Soft Mineralurgy and Geopolymers // In proceeding of Geopolymer 88 International Conference, the Université de Technologie, Compiègne, France. 1988. – P. 49 – 56.
  4. Ерошкина Н.А., Калашников В.И., Коровкин М.О. Вяжущее, полученное из магматических горных пород с добавкой шлака, и бетон на его основе // Региональная архитектура и строительство. 2011. № 2. С. 62-65.


Все статьи автора «Коровкин Марк Олимпиевич»


© 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: