Широкое развитие в последние десятилетия за рубежом получили геополимерные материалы на основе различных алюмосиликатных горных пород и отходов промышленности. Ежегодно в мире проходит 1-2 конференции, посвященные геополимерам. В России также ведутся работы по созданию строительных материалов на этой основе [1]. Их синтез осуществляется за счет активации горных пород щелочами, а материалы формуются методом прессования под давлением [2] из смеси с влажностью, не превышающей 16-18%. Твердение происходит при тепловой обработке или в течение продолжительного периода времени в нормальных условиях.

Одним из отличий, создаваемых за рубежом геополимеров, является литьевая технология формования. Эта технология требует повышенных расходов воды, что снижает прочностные показатели материала. Для снижения водопотребности смесей и повышения прочности затвердевшего материала применяются суперпластификаторы. Однако эффективность суперпластификаторов в сильнощелочных растворах, которые являются активаторами твердения геополимерных материалов, значительно снижается [3-5].

Целью настоящей работы является сравнительное исследование эффективности различных суперпластификаторов в зависимости от pH жидкой фазы в суспензиях, приготовленных из тонкоизмельченных горных пород.

Оценка эффективности суперпластификатора производилась по величине водоредуцирующего эффекта (ВР), численное значение которого рассчитывалось по формуле

где (В/Т)н и (В/Т)п – водоцементные отношения контрольного состава и состава с пластифицирующей добавкой при равных показателях консистенции.

Консистенция суспензии оценивалась по диаметру ее растекания на стеклянной пластине [6]. Для исследований использовался цилиндрический вискозиметр диаметром 16 мм и высотой 30 мм. Подбирая расход жидкости, получали суспензии с равными расплывами – 40 ±1 мм.

Порошки горных пород магматического происхождения для приготовления суспензий получали помолом в лабораторной шаровой мельнице. Тонкость помола характеризовалась удельной поверхностью S_yд, которая определялась на приборе ПСХ-2. В эксперименте были исследованы следующие горные породы:

- диабаз с S_уд= 340 м²/кг;

- аплит-гранит с S_уд = 630 м²/кг;

-гранит с S_уд= 700 м²/кг;

- дацит с S_yд= 600 м²/г.

В качестве добавок были исследованы суперпластификаторы различной химической природы. Характеристики добавок приводятся в табл. 1.

Таблица 1 – Характеристика добавок

Добавка в количестве 0,5 % вводилась в порошок и тщательно перемешивалась до затворения водой. Для приготовления суспензий были использованы растворы NaOH с различными показателями pH, которые контролировались с помощью рН-метра. В эксперименте применялись растворы со следующими водородными показателями – 7; 9,2; 13,05; 14,1.

Суспензии готовились в фарфоровой чаше диаметром 50 мм по следующей процедуре: порошок высыпался в чашу со щелочным раствором и перемешивался в течение 3 минут фарфоровым пестиком. Затем суспензия выливалась в цилиндрический вискозиметр, установленный на стеклянную пластину. Вискозиметр медленно поднимался, диаметр расплыва суспензии измерялся штангенциркулем.

Результаты определения водопотребности суспензий и водоредуцирующий эффект исследованных суперпластификаторов при различных значениях pH жидкой фазы представлены в табл. 2.

Анализ экспериментальных данных, представленных в табл. 2, показывает, что характер влияния водородного показателя на водоредуцирующий эффект суперпластификаторов для каждой горной породы имеет общие черты. Так, почти для всех добавок, кроме Melflux 1641 F, для диабаза и аплит-гранита при повышении pH с 7 до 9,2 происходит снижение ВР, затем при pH 13,04 наблюдается повышение ВР, а при pH 14,1 – его снижение. На граните и даците зависимость ВР от pH носит такой же волнообразный характер, как для Melment F10, Peramin SMF 20 и Melflux РР 200 F. Для других пластификаторов снижение ВР незначительно или отсутствует.

Наиболее важной закономерностью установленной в исследовании, является снижение водоредуцирующего эффекта суперпластификаторов при повышении водородного показателя жидкой фазы суспензии более 13. Это можно объяснить тем, что все исследованные добавки были разработаны для использования в цементных системах, в которых pH жидкой фазы определяется насыщением ее гидролизной известью (рН~ 12,4); поэтому оптимальные значения pH жидкой фазы для суперпластификаторов находятся в области pH 12-13. Водородный показатель щелочных растворов для активации твердения сополимеров имеет более высокие значения, в связи с чем эффективность суперпластификаторов в таких системах значительно снижается.

Наиболее высокие значения ВР в сильнощелочных системах отмечаются на диабазе и даците у добавки Melflux 1641 F, а на граните и аплит-граните – у добавки Peramin SMF 20.

Следует отметить, что наименьшее влияние изменение pH оказало на эффективность Melflux 1641 F в суспензии на основе дацита, что в совокупности с высоким водоредуцирующим эффектом этой добавки – около 60 % – открывает большие возможности по повышению прочности или удобоукладываемости геополимерного материала на основе этой горной породы.

Таблица 2 – Влияние различных суперпластификаторов на водопотребность минеральных суспензий и водоредуцирующий эффект в зависимости от pH жидкой фазы

Проведенные исследования позволяют отметить, что для создания геополимерных вяжущих по литьевой технологии и снижения водопотребности сырьевых смесей могут использоваться суперпластификаторы, которые эффективны в щелочной среде. Экспериментом установлено, что с вяжущим на основе диабаза и дацита в сильнощелочной среде хорошо работает СП Melflux 1641F. Для вяжущих на основе аплит-гранита в щелочной среде лучше использовать СП Melflux 164IF и Peramin SMF20, а для вяжущего на основе гранита только Peramin SMF20.

1. Калашников, В.И. Перспективы развития геополимерных вяжущих / В.И. Калашников // Современные состояние и перспективы развития строительного материаловедения: Материалы VIII Акад. чтений. – Самара, 2004. – С 193-197.
2. Калашников, В.И. Исследование активности магматических горных пород для производства геосинтетических вяжущих / В.И. Калашников, В.Ю. Нестеров, Н.А. Ерошкина, Ю.С. Кузнецов, В.А. Тяпкин, В. М.Журавлев, В. В. Маслов // Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов: материалы Междунар. науч.-техн. конф. – Пенза: ПДЗ, 2005. – С. 51-57.
3. Калашников, В.И. Регулирование реологических свойств минеральных воднодисперсных систем добавками щелочей / В.И. Калашников, М.О. Коровкин, Е.В. Болдина // Материалы XXVIII научно-технической конференции. – Пенза: ПГАСИ, 1995. – С. 46-47.
4. Коровкин М.О. Эффективность суперпластификаторов и методология ее оценки / М. О. Коровкин, В. И. Калашников, Н. А. Ерошкина; М-во образова-ния и науки Российской Федерации, Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования “Пензенский гос. ун-т архитектуры и стр-ва”. Пенза, 2012. – 144 с.
5. Ерошкина Н.А., Коровкин М.О. Ресурсосберегающие технологии геополимерных вяжущих и бетонов на основе отходов добычи и переработки магматических горных пород: монография. – Пенза: Изд-во ПГУАС, 2013. 152 с.
6. Калашников, В. И. Методология оценки эффективности пластификаторов в воднодисперсных системах / В.И. Калашников, М.О. Коровкин, А.Г. Тетенькин // Структурообразование и прочность композиционных строительных материалов. – Одесса, 1994. – С. 24—25.

Все статьи автора «Коровкин Марк Олимпиевич»