Влияние режимов твердения и добавки шлака на прочность геополимерного вяжущего

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства»

Влияние режимов твердения и добавки шлака на прочность геополимерного вяжущего

Полубаров Евгений Николаевич, магистрант

Ерошкина Надежда Александровна, к.т.н., инженер-исследователь

Коровкин Марк Олимпиевич, 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.

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 20Ч20Ч20 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

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

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

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%. горный гранит геополимерный шлак

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.

Размещено на Allbest.ru