УДК 691.335

ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ ДОБАВКИ НА ПРОЧНОСТЬ И ВОДОСТОЙКОСТЬ ВЯЖУЩИХ НА ОСНОВЕ МАГМАТИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД

Полубаров Евгений Николаевич1, Ерошкина Надежда Александровна2, Коровкин Марк Олимпиевич3
1ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», магистрант
2ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., инженер-исследователь
3ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., доцент

Аннотация
Исследовано влияние комплексной добавки, состоящей из Са(ОН)2 и Al2(SO4)3 на водостойкость и прочность вяжущих щелочной активации на основе измельченных горных пород – диабаза, гранита и аплит-гранита. Установлено, что добавка повышает водостойкость вяжущих на основе диабаза и гранита, но при этом снижает их прочность.

Ключевые слова: водостойкость, геополимерное вяжущее, добавка, магматическая горная порода, прочность


INFLUENCE OF COMPLEX ADDITIVE ON STRENGTH AND WATER RESISTANCE OF BINDERS ON THE BASIS OF MAGMATIC ROCKS

Polubarov Evgeny Nikolaevich1, Eroshkina Nadezda Alexandrovna2, Korovkin Mark Olimpievich3
1Penza State University of Architecture and Construction, Master-student
2Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Engineer-researcher
3Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

Abstract
This paper investigates influence of the complex additive consisting of Ca(OH)2 and A12(SO4)3 on water resistance and strength of alkali activated binders based on milled rocks - diabase, granite and aplite-granite. It was established that the additive increases water resistance of binders based on diabase and granite, but at the same time reduces their strength.

Keywords: additive, geopolymer binder, magmatic rock, strength, water resistance


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Полубаров Е.Н., Ерошкина Н.А., Коровкин М.О. Влияние комплексной добавки на прочность и водостойкость вяжущих на основе магматических горных пород // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 5. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/05/53513 (дата обращения: 03.10.2017).

Геополимерные вяжущие считаются наиболее перспективной альтернативой портландцемента [1, 2]. В России впервые подобные строительные материалы были получены в Пензенском ГУАС [3, 4] за счет активации малыми добавками щелочей измельченных горных пород осадочного или вулканического происхождения с различными модифицирующими добавками. В качестве модифицирующих добавок для таких вяжущих использовались Al(ОН)3, каолин, доменный шлака и др. [4]. Разработанные составы после формования с помощью вибропрессования, прессования и гиперпрессования набирали прочность до 200 МПа [4]. Такое повышение прочности достигалось за счет тепловой обработки при температуре от 150 до 330°С.

К числу важных недостатков вяжущих на основе измельченных горных пород, активированных малыми добавками щелочей, относится недостаточно высокая водостойкость. В ряде работ установлено, что эта проблема может быть решена за счет применения гидрофобизирующих добавок [5, 6].

В результате исследований [7, 8, 9] были разработаны безобжиговые вяжущие на основе отсевов дробления щебня из магматических горных пород. Эти вяжущие характеризуются высокими технико-строительными свойствами и могут производиться по малоэнергоемкой технологии. Однако эти вяжущие также характеризуются низкой водостойкостью. Цель настоящей работы – повышение водостойкости геополимерных материалов на основе магматических горных пород.

Методы и материалы

Для приготовления вяжущих использовались аплит-гранит, диабаз и гранит измельченные в шаровой мельнице до удельной поверхности 600 м2/кг. Процедура приготовления смеси включала: смешивание тонкодисперсионного вяжущего с добавкой, затворение полученного порошка активирующим раствором NaOH. Расход щелочи составлял 6% от массы вяжущего. Влажность формовочной смеси для указанных видов вяжущих была подобрана в ходе предварительных экспериментов, исходя из получения плотных образцов после прессовании при 25 МПа. В составах на основе диабаза, влажность смеси составила 13%, а для вяжущих на основе аплит-гранита и гранита – 14%. В качестве модифицирующей добавки использовалась комплексная добавка, состоящая из Са(ОН)2 и A12(SO4)3 в количестве по 5% каждого компонента. Из приготовленной формовочной смеси прессовались образцы цилиндрической формы диаметром и высотой 2 см. Одна часть образцов каждого состава твердела в эксикаторах над водой при комнатной температуре, другая часть – подвергалась тепловой обработке в две стадии. На первой стадии тепловой обработки образцы нагревались в условиях высокой влажности над водой при скорости подъема температуры 15 °С/час и выдерживались в течение 4 час при температуре 80°С. На второй стадии образцы нагревались за 1 час до температуры 200 или 250°С, а затем выдерживались при этих температурах в течение 5 часов. Двухстадийный режим тепловой обработки позволяет минимизировать негативное влияние на прочность деструктивных процессов, возникающих на начальных этапах структурообразования. Такой режим был установлен в ходе предварительных экспериментов как оптимальный для получения высоких значений прочности.

Прочность геополимерного вяжущего, твердевшего в нормальных условиях определялась через 14, 28 и 60 суток, а прочность образцов, подвергавшиеся тепловой обработке – после остывания до комнатной температуры.

Результаты и их обсуждение

Результаты эксперимента по оценке кинетики набора прочности вяжущих, изготовленных из горных пород без добавки и с добавкой, твердеющих в естественных условиях, приведены на рис. 1, а влияние температуры на прочность исследованных составов отражено на рис. 2. Коэффициенты водостойкости вяжущих приведен на рис. 3.

Как следует из графиков на рис. 1 наибольшая прочность образцов, твердевших в нормальных условиях, характерна для вяжущего на основе диабаза. Значения прочности без добавки через 14 суток твердения приблизительно равны (рис. 1а), однако в интервале от 7 до 28 суток вяжущее на основе диабаза набирает прочность намного более высокую, чем остальные составы.

а)

б)

Рис. 1. Кинетика набора прочности вяжущих в естественных условиях твердения без добавки (а) и с комплексной добавкой (б) при использовании в качестве сырья для получения вяжущего: 1 – диабаза, 2 – гранита и 3 – аплит-гранита

Сопоставление зависимостей на рис. 1 показывает, что введение в состав вяжущего комплексной добавки значительно снижает прочность вяжущих, особенно составов на основе гранита и аплит-гранита

а)

б)

Рис. 2. Влияние температуры изотермической выдержки на прочность вяжущих (обозначения по рис. 1)

Графики на рис. 2 показывают, что прогрев образов при температуре 190 °С позволяет повысить прочность более чем в 2 раза в сравнении с прочностью вяжущих после тепловлажностной обработкой при 80 °С. Повышение температуры прогрева до 250°С обеспечивает рост прочности только для вяжущего на основе диабаза (рис. 2). Введение комплексной добавки дает снижение прочности вяжущих после тепловой обработки. Для вяжущего на основе диабаза это снижение составляет в зависимости от режима тепловой обработки 35…45 %, а для вяжущих на основе гранита и аплит-гранита – 65…72 и 77…81 %, соответственно.

Рис. 3. Влияние комплексной добавки на коэффициент водостойкости (обозначения по рис. 1)

Как следует из данных на рис. 3, наибольшим коэффициентом водостойкости обладает вяжущее на основе диабаза, а наименьшим – вяжущее на основе аплит-гранита. Использование комплексной добавки с точки зрения повышения водостойкости эффективно только в вяжущих на основе диабаза и гранита.

Выводы

Проведенные исследования показали, что комплексная добавка, состоящая из Са(ОН)2 и A12(SO4)3 повышает водостойкость,
но снижают прочность вяжущего щелочной активации на основе магматических горных пород. Свойства вяжущего и эффективность исследованной добавки в значительной степени зависят от горной породы. Установлено, наиболее перспективной породой для получения геополимерного вяжущего с точки зрения прочности и водостойкости является диабаз.


Библиографический список
  1. Davidovits, J. 30 Years of Successes and Failures in Geopolymer Applications. Market Trends and Potential Breakthroughs // Geopolymer 2002 Conference, October 28-29. –Melbourne,Australia, 2002.
  2. Davidovits, J. Geopolymer Chemistry and Applications // Proceedings 2-nd edition on Geopolymers. –Saint-Quentin,France, 2008. – 588 p.
  3. Калашников, В. И. Перспективы развития геополимерных вяжущих // Современное состояние и перспективы развития строительного материаловедения: материалы Восьмых академических чтений. – Самара, 2004. – С. 193-197.
  4. Калашников, В.И. Методология получения геосинтетических и геошлаковых композиционных строительных материалов на основе осадочных силицитовых горных пород: монография / В.И. Калашников, Ю.В. Грачева, К.Н. Махамбетова; М-во образования и науки Российской Федерации, гос. образовательное учреждение высш. проф. образования “Пензенский гос. ун-т архитектуры и строительства”. Пенза, 2011.
  5. Калашников, В.И. Металлоорганические гидрофобизаторы для минерально-шлаковых вяжущих / В.И. Калашников, М.Н. Мороз, В.Ю. Нестеров, В.Л. Хвастунов, П.Г. Василик // Строительные материалы. 2006. № 10. С. 38-39.
  6. Мороз, М.Н. Повышение водостойкости минеральношлаковых вяжущих комплексными гидрофобными добавками / М.Н. Мороз, В.И. Калашников, О.В. Суздальцев // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 8-1 (40). С. 104-107.
  7. Ерошкина, Н.А. Ресурсосберегающие технологии геополимерных вяжущих и бетонов на основе отходов добычи и переработки магматических горных пород: монография / Н.А. Ерошкина, М.О. Коровкин. – Пенза: Изд-во ПГУАС, 2013. – 152 с.
  8. Ерошкина, Н.А. Научно-практические принципы производства и применения геополимерных вяжущих на основе магматических горных пород и строительных материалов на их базе / Н.А. Ерошкина, М.О. Коровкин // Научно-технический вестник Поволжья. 2014. № 5. – С. 182-186.
  9. Ерошкина, Н.А. Геополимерные вяжущие на базе магматических горных пород и бетоны на их основе / Н.А. Ерошкина, М.О. Коровкин // Цемент и его применение. – 2014. – № 4. – С. 107-113.


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: