УДК 691.335

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ТВЕРДЕНИЯ И ДОБАВКИ ШЛАКА НА ПРОЧНОСТЬ ГЕОПОЛИМЕРНОГО ВЯЖУЩЕГО

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
Приведены результаты исследования вяжущих на основе магматических горных пород: гранита, сиенита и перидотита. Установлено влияние условий твердения и добавки шлака на прочность и плотность вяжущих. Показано, что для вяжущих с добавкой шлака температура твердения не должна превышать 80°С, а без добавки шлака - может быть выше 100°С.

Ключевые слова: геополимерное вяжущее, магматическая порода, прочность, режим твердения, шлак


INFLUENCE OF CURING CONDITIONS AND ADDITIVE OF SLAG ON STRENGTH OF GEOPOLYMER BINDER

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
The results of the study of binders based on igneous rocks: granite, syenite and peridotite are given. It was established influence of curing conditions and additive of slag on strength and density of binder. It has been shown that hardening temperature of binders with the additive must not exceed 80 °C, and without additive - temperature may be above 100 °C.

Keywords: curing conditions, geopolymer binder, igneous rock, slag, strength


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Полубаров Е.Н., Ерошкина Н.А., Коровкин М.О. Влияние режимов твердения и добавки шлака на прочность геополимерного вяжущего // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 5. Ч. 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/05/53546 (дата обращения: 03.06.2017).

Разработчики новых технологий строительных материалов считают геополимерные вяжущие перспективной основой создания технологической платформы ресурсосберегающей индустрии материалов для строительства. Эти материалы обладают рядом ценных свойств и в ближайшем будущем могут послужить альтернативой современным вяжущим на основе портландцемента [1].

Основным сырьем для получения геополимеров служат природные и искусственные алюмосиликатные материалы – каолины, полевые шпаты, шлаки, золы и другие материалы, твердение которых активизируется низкомодульными силикатами щелочных металлов [1].

В качестве одного из наиболее перспективных сырьевых материалов для геополимерных вяжущих рассматриваются отходы добычи и переработки каменных горных пород [2-5], в частности дисперсные отходы дробления щебня из изверженных горных пород.

Нами были проведены сравнительные исследования ряда магматических горных пород с целью выявления материалов, обладающих высокой активностью при низкотемпературной тепловой обработке или при естественном твердении.

Для реализации поставленной цели были исследованы физико-механические свойства геополимерных вяжущих, изготовленных из магматических горных пород с добавкой доменного гранулированного шлака. Образцы, изготовленные из исследованных вяжущих, формовались за счет прессования или виброуплотнения. Прочность вяжущих, изготовленных при виброуплотнении, определялась на образцах размером 20×20×20 мм, а прочность вяжущих, заформованных прессованием под давлением 25 МПа, на образцах цилиндрической формы с диаметром и высотой 25 мм. Для приготовления геополимерного вяжущего использовались магматические горные породы: гранит Павловского месторождения (Воронежская область), сиенит Хребетского месторождения (Урал), перидотит (Карелия) и доменный шлак Новолипецкого металлургического комбината. Горные породы измельчались в лабораторной шаровой мельнице до удельной поверхности 350 м2/кг по прибору ПСХ-2, а шлак до удельной поверхности 380 м2/кг. Шлак вводился в состав вяжущего в количестве 25 %. В качестве активатора процесса твердения использовался раствор силиката натрия и NaOH. Количество силиката натрия в геополимерной смеси для формования образцов методом литья составляло 40,5%, а методом прессования – 19,6% от веса сухих компонентов. Содержание в геополимерных составах NaOH, силиката натрия и воды в активизирующем растворе приведено в табл. 1 и 2.

Отформованные образцы выдерживались под полиэтиленовой пленкой в течение 3 суток во избежание быстрого высыхания, по истечении которых определялась прочность материала. Дальнейшее твердение образцов проходило при температурах 60°С, 80°С или 105°С. Определение прочности и плотности образцов осуществлялось после термической обработки.

Таблица 1 – Составы и свойства геополимерных вяжущих, изготовленных путем прессования

№ п/п

Состав смеси вяжущего

Физико-механические свойства

Порода

%

Шлак, %

Силикат натрия, %

Вода,

%

Щелочь,

%

Прочность, МПа

Плотность, кг/м3

после

после

60°С

80°С

105°С

60°С

80°С

105°С

1

Гранит

100

0

11

5

3

0,81

14,8

39,5

1850

1900

1940

2

75

25

40,2

50,5

35,7

1890

2000

1964

3

Сиенит

100

0

1,1

15,4

31,4

1837

1874

1905

4

75

25

43,0

62,9

37,9

2026

2049

1943

5

Перидотит

100

0

5,9

20,3

48,5

2120

2165

2190

6

75

25

29,6

42,0

32,4

2150

2230

2135

Таблица 2 – Составы и свойства геополимерных вяжущих, изготовленных из пластичных смесей

№ п/п

Состав смеси вяжущего

Физико-механические свойства

Порода

%

Шлак, %

Силикат натрия, %

Вода,

%

Щелочь,

%

Прочность, МПа

Плотность, кг/м3

после

после

3 сут в н.у.

60°С

80°С

105°С

60°С

80°С

105°С

1

Гранит

100

0

25

12,5

3

0

0,5

26,5

36,8

1890

1904

2020

2

75

25

22

31,8

74,6

49,2

1883

2043

2085

3

Сиенит

100

0

0

0,8

24,5

30,3

1820

1870

2012

4

75

25

21

27

47

46,0

1938

1980

2076

5

Перидотит

100

0

0

4,3

30,3

48,5

2083

2130

2182

6

75

25

27

37,8

55,3

33,0

2150

2250

2200

Для определения подвижности пластичных смесей использовался цилиндрический вискозиметр с диаметром 16 мм и высотой 20 мм. Подвижность смеси оценивалась по диаметру ее расплыва на стекле. Результаты испытания по определению подвижности геополимерной смеси у различных горных пород в присутствии добавки и без нее представлены в табл. 3.

Таблица 3 – Консистенция геополимерной смеси на основе различных горных пород

№ п/п

Основа геополимерного вяжущего

Расплыв смеси, мм

без шлака

со шлаком

1

Гранит

36,5

33,4

2

Сиенит

26,6

30,4

3

Перидотит

47,5

49

Из табл. 3 видно, что геополимерные смеси, приготовленные из различных горных пород, отличаются по консистенции. Наибольшей водопотребностью обладает смесь, изготовленная из сиенита, а наименьшей – из перидотита; соответственно подвижность таких смесей составляет 26,5 мм и 48 мм. Добавка шлака снижает водопотребность на 11% у вяжущего на основе сиенита и на 4% – у вяжущего на основе перидотита. У вяжущего на основе гранита в присутствии шлака, наоборот, отмечено увеличение водопотребности на 8%.

При сопоставлении результатов прочности и плотности образцов, полученных прессованием из жестких смесей (табл. 1), наблюдается общая закономерность, проявляющаяся в достижении высокой прочности и плотности вяжущих из различных горных пород только при модификации их шлаком при низкотемпературной обработке, не превышающей 60…80°С. При этом максимальной прочностью (62,9 МПа) обладает вяжущее, полученное на основе сиенита. При отсутствии модификатора шлака для получения высокопрочных вяжущих требуется прогрев при температуре не менее 105°С. В данном случae наибольшей активностью обладает вяжущее на основе перидотита, прочность которого около 50 МПа.

Сравнение прочностных характеристик вяжущих без добавки и с добавкой шлака, изготовленных из пластичных смесей (табл. 2), позволяет сделать вывод о том, что в нормальных условиях горные породы без добавки шлака не твердеют, а после тепловой обработки при 60 °С прочность вяжущих без шлака незначительна. Повышение температуры тепловлажностной обработки до 80 °С обеспечивает увеличение прочности вяжущих с добавкой шлака в 1,5-2,4 раза. При повышение температуры тепловой обработки до 105 °С отмечается рост прочности вяжущих без добавки шлака. В составах со шлаком прочность растет только до температуры 80 °С. В целом введение 25 % шлака в состав вяжущего обеспечивает более высокую прочность.

Выводы

В ходе работы из смесей жесткой и пластичной консистенции методами прессования и литья были получены геополимерные вяжущие из магматических горных пород, измельченных до удельной поверхности цемента с высокими физико-механическими свойствами. Установлена оптимальная температура тепловой обработки для вяжущих с добавкой и без добавки шлака. Температура твердения вяжущих без добавки шлака может составлять более 100°С, для вяжущих с добавкой шлака – не должна превышать 80°С. Максимальной активностью при изготовлении вяжущих из жестких смесей характеризуется вяжущее на основе сиенита, из пластичных смесей – на основе гранита. В связи с тем, что водопотребность геополимерных смесей из перидотита и гранита низкая, то предполагается повышение прочности вяжущего за счет уменьшения количества воды в активизирующем растворе.


Библиографический список
  1. Davidovits, J. Chemistry of geopolymer systems, terminology // In Proceedings of Geopolymer ‘99 International Conferences, France. – 1999. – P. 31-46.
  2. Калашников, В.И. Перспективы развития геополимерных вяжущих // Современные состояние и перспективы развития строительных материаловедения: материалы VIII Академических чтений. – Самара, 2004. – С. 193-197.
  3. Ерошкина, Н.А. Геополимерные строительные материалы на основе промышленных отходов: монография / Н. А. Ерошкина, М. О. Коровкин. – Пенза: ПГУАС, 2014. – 128 с.
  4. 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.
  5. Ерошкина, Н.А. Зависимость свойств геополимерных вяжущих на основе магматических горных пород от состава сырья / Н. А. Ерошкина, М.О. Коровкин, С.В. Аксенов, Е.Н. Полубаров // Молодой ученый. – 2015. – №8. – С. 241-244.


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: