В Пензенском государственном университете архитектуры и строительства получены новые особовысокопрочные безобжиговые материалы из осадочных, силицитовых и вулканических горных пород [1].

Уникальность этих разработок состоит в том, что измельченные в порошок горные породы в низкотемпературных условиях при температуре до 130-150 °С с добавками шлака или без них в присутствии щелочей NaOH и КОН, формируют высокопрочные фазовые контакты, обеспечивающие прочность композитов до 130-180 МПа при относительно низкой средней плотности 1750-1900 кг/м³, с пористостью 25-30 %.

Известно, что подавляющее большинство строительных материалов являются капиллярно-пористыми с развитой структурой пор, а одним из основных свойств геосинтетических композитов является их пористость. Объем пор в камне зависит от способа уплотнения, продолжительности твердения, В/В, вида вяжущего, химии добавок. В последние годы для снижения пористости начали активно развиваться способы изготовления мелкоштучных изделий методами силового прессования и вибропрессования.

Поэтому переход от силового прессования к вибропрессованию тиксотропных систем технологически и технически обоснован. Для исследуемых композитов на геосинтетических и геошлаковых вяжущих переход  на вибрационные методы формования мотивирован получением бетонных изделий с использованием мелкозернистого заполнителя.

Известно, что давление оказывает влияние на скорость контактных взаимодействий через тонкие прослойки воды в стесненных условиях. При формировании изделий из жестких смесей для их уплотнения должна значительно увеличиваться продолжительность вибрирования. Применение поверхностного пригруза при вибрировании изделий на виброплощадке
повышает эффективность уплотнения жесткой смеси, примерно вдвое сокращает продолжительность уплотнения, обеспечивает получение гладкой поверхности.

Для прогнозирования различных технологических свойств материалов на основе геошлаковых вяжущего необходимо было провести сравнительный анализ способов формования. В основном, при силовом прессовании используются формовочные смеси с низкой влажностью 9-11%. В такой системе практически должно быть незначительное количество капиллярных пор от испарения взятой для прессования воды, а основная пористость является межзерновой. При виброуплотнении количество воды затворения как правило находится в пределах от 10–13 %, но возрастает количество мелкозернистого заполнителя фр. 3–10 мм. Объем пор в тонкозернистой матрице при виброуплотнении возрастает, но общая
пористость бетона с заполнителем уменьшается.

В связи с этим, нами был проведен сравнительный эксперимент по исследованию влияния способов формования на прочность мелкозернистого бетона на модифицированном геошлаковом вяжущем. Эксперименты проводились на силицитовой породе – песчанике. Количество комплексной добавки составляло, % от массы песчаника, «тонкомолотой шлак 25% + гидроксид алюминия 5 %». Образцы размером 50х50х50 мм формовали методами виброформования с пригрузом на стандартной виброплощадке (давление пригруза
составило 0,6×10^–3 МПа (0,6 КПа), длительность виброуплотнения – 40 с) при водотвердом отношении – В/Т = 0,1-0,13 и полусухим прессованием (Р_прес=25 МПа) – при водотвердом
отношении – В/Т=0,084-0,11.

Образцы – кубы хранились в нормально-влажностных условиях, а также подвергались ТВО по режиму 2+8+2 ч при температуре изотермической выдержки t_из=90 ºС и сушке по режиму 2+8+2 ч при температурах t_из=105, 140, 200 и 300 ºС. С целью активизации процессов твердения модифицированные геошлаковые композиции затворяли щелочным раствором в количестве 7% от массы сухих компонентов. В качестве заполнителя применяли песок с М_кр=1,5. Соотношение «вяжущее:песок» (В:П) было принято 1:1 и 1:1,5. Результаты испытаний образцов на прочность приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1 – Составы мелкозернистого бетона на модифицированном геошлаковом вяжущем при различных
методах формования и содержании песка

 Таблица 2 – Физико–механические свойства  мелкозернистых бетонов на модифицированном геошлаковом вяжущем при различном методе формования  и вида тепловой обработки

Анализ табличных данных показывает (табл. 1), что для прессованных композиций индукционный период по прочности растягивается до 7 суток, но конечная прочность, несмотря
на такое замедление кинетики, превышает прочность виброуплотненных паст. Значения прочности при сжатии геошлаковых образцов, полученных полусухим прессованием,
в возрасте 28 суток, составов вяжущее:песок (В:П) как 1:1, так и 1:1,5 практически равны, прочности на сжатие образцов, изготовленных виброформованием с пригрузом при этом же соотношении. Модифицированные геошлаковые образцы полусухого прессования при соотношении В:П=1:1 показали прочность на сжатие 22 МПа в 28 суточном возрасте, а сформованные с пригрузом при том же соотношении – 19,4 МПа. Прочность на сжатие образцов изготовленных полусухим прессованием при содержании песка 1:1 и 1:1,5 отличается от виброформованных с пригрузом на 12 и 16 % соответственно.

Как видно из рис. 1 с увеличением температуры прогрева мелкозернистого бетона до 140 ºC на всех составах происходит закономерное увеличение прочности при сжатии. Для
прессованных и виброформованных с пригрузом составов при наполнении их песком ссоотношением В:П=1:1 и при температуре прогрева t=90 ºC прочность на сжатие равна 30 и 25,6 МПа, соответственно.

Сушка образцов при t=105 ºC увеличивает значение прочности на сжатие на 16 и 15,6 %, соответственно. С увеличением температуры прогрева до t=140 ºC все образцы как
прессованные, так и виброформованные с пригрузом при наполнении песком 1:1, имеют самую высокую прочность на сжатие 40 и 36,8 МПа. Интересен тот факт, что при дальнейшем увеличении температуры прогрева до 330 ºC у образцов всех составов наблюдается значительное понижение прочности: на прессованных образцах до 21,3 МПа, на виброформованных с пригрузом до 18 МПа, что во 1,9 и 2 раза ниже образцов этих же составов прогретых при t=140 ºC. Это связано с переходом кремнезема в одну из других его модификаций, со значительным уменьшением прочности.

Увеличение количества песка вводимого в модифицированное геошлаковое вяжущее приводит к значительному снижению прочности. Так, после прогрева при t=140 ºC прочность на
сжатие прессованных образцов с содержанием песка 1:1,5 снижается на 24 %, а для виброформованных с пригрузом на 25 % (табл. 2, рис. 1). По истечении трехсуточного экспонирования образцов в воде определяли коэффициент водостойкости мелкозернистого бетона на геошлаковом вяжущем, полученного различными способами формования. Значения прочностей при сжатии образцов в насыщенном водой состоянии получали после их водного испытания, а прочность в сухом состоянии – после тепловлажностной обработки при t = 90°С. Данные по прочности представлены на рис. 2.

Рис.1 Влияние прочности при сжатии мелкозернистого бетона на модифицированном геошлаковом вяжущем в зависимости от температуры прогрева (а)  при полусухом прессовании и (б) виброуплотнении с пригрузом 1, 3 – при соотношении В:П = 1:1; 2, 4 – при соотношении В:П = 1:1,5  (1, 2, 3 и 4 – номера составов из таблицы 3.2)

Рис. 2. Изменение коэффициента водостойкости мелкозернистого бетона в зависимости от метода формования и количества песка

Самый высокий коэффициент водостойкости имеют образцы при полусухом прессовании 1:1 – 0,88 (рис. 2).

Коэффициент водостойкости образцов мелкозернистого бетона, полученных методом виброформования с пригрузом при соотношении В:П=1:1=0,84. Коэффициент водостойкости образцов состава В:П=1:1,5, полученных как методом прессования, так и виброформованием с пригрузом практически одинаковы и равны 0,82 и 0,81, соответственно.

В заключении можно сделать вывод, что нами были получены экономические составы мелкозернистого бетона на геошлаковом вяжущем с использованием песчаников Пензенской области.

Составы имеют высокие физико-технические показатели и коэффициент водостойкости, что дает нам возможность применения их как в технологии прессования отделочных декоративных плиток, так и в технологии вибропрессования на автоматизированных линиях «Besser» и «Рефей» для производства стеновых блоков.

1. Калашников В.И. Новые геополимерные материалы из горных пород, активизированные малыми добавками шлака и щелочей / В.И. Калашников, В.Л. Хвастунов, А.А.
   Карташов, М.Н. Мороз // Современное состояние и перспектива развития строительного материаловедения: Восьмые академические чтения отделения строительства наук РААСН. – Издательство Самарского государственного архитектурно-строительного университета. – Самара, 2004. – с. 205-209.

Все статьи автора «Грачева Юлия Вячеславовна»