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

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 t_из=130 ºC и t_из=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

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 (R_сж = 192,8 МПа) в 2,5–4,5 раза выше прочности при сжатии образцов, приготовленных с добавками. Однако значение прочности образцов, прогретых при t_из =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.

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»