УДК 691.5:691.33

СВОЙСТВА КОНТАКТНО-КОНДЕНСАЦИОННЫХ ГЕОПОЛИМЕРНЫХ ВЯЖУЩИХ НА ОСНОВЕ МАГМАТИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД

Ерошкина Надежда Александровна1, Коровкин Марк Олимпиевич2, Тымчук Екатерина Ильинична3
1ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., старший научный сотрудник
2ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., доцент
3ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», студент

Аннотация
Исследована возможность получения геополимерных материалов из изверженных горных пород путем прессования смесей под давлением 25 МПа. Получены высокопрочные, водостойкие геополимеры. Установлено, что для получения водостойких вяжущих и ускорения их твердения необходимо введение доменного гранулированного шлака.

Ключевые слова: активатор твердения, аплит-гранит, водостойкость, геополимер, гранит, дацит, диабаз, отходы добычи и переработки горных пород, прочность


PROPERTIES OF GEOPOLYMER BINDERS ON THE BASIS OF MAGMATIC ROCKS RECEIVED BY CONTACT-CONDENSATION CURING

Eroshkina Nadezda Alexandrovna1, Korovkin Mark Olimpievich2, Tymchuk Ekaterina Ilyinichna3
1Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, senior researcher
2Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
3Penza State University of Architecture and Construction, Student

Abstract
The possibility of obtaining of geopolymer materials from igneous rocks by pressing of the mixture under pressure of 25 MPa was studied. The obtained geopolymers have been a high-strength and water-resistant. It was established that for increase of water resistance and accelerate of process hardening of binders is necessary to introduce the granulated blast furnace slag.

Keywords: an activator of hardening, aplite-granite, dacite, diabase, geopolymer, granite, strength, waste production and processing of rocks, water resistance


Библиографическая ссылка на статью:
Ерошкина Н.А., Коровкин М.О., Тымчук Е.И. Свойства контактно-конденсационных геополимерных вяжущих на основе магматических горных пород // Современная техника и технологии. 2014. № 12 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2014/12/5166 (дата обращения: 02.10.2017).

Введение

Впервые геополимеры были получены Д. Давидовичем в 1976 году, гидротермальным синтезом из алюмосиликатных минералов на основе промышленных отходов [1]. Эти материалы обладают высокой, прочностью, плотностью, водостойкостью, тепло- и термостойкостью [2]. Материалы на основе геополимеров применяются сегодня в опытно-промышленных масштабах для изготовления жаростойких бетонов, низкообжиговой керамики, а также строительных конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах [2]. Основные центры исследования и применения геополимеров находятся во Франция, Австралии, Японии и Германии. Ведутся работы в этом направлении и в нашей стране [3-6].

В качестве сырья для геополимерных материалов в настоящее время используются термически обработанные алюмосиликатные материалы природного и искусственного происхождения – каолины, граниты, шлаки, золы, кварц, микрокремнезём, коордиерит и др. [2]. Особый интерес для получения геополимерных материалов представляют отходы камнедробления и рудообогащения, в связи с большими объёмами их образования.

В данной работе приводятся результаты исследований по получению геополимеров на основе различных изверженных горных пород.

Методы и материалы

В качестве исходного сырья для приготовления вяжущего в исследованиях были использованы изверженные горные породы измельчённые до удельной поверхности Sуд=600 м2/кг – гранит Капустинского и Павловского карьеров, аплит-гранит, дацит, габбро-диабаз, а также модифицирующая добавка – доменный шлак Новолипецкого металлургического комбината с Sуд=380 м2/кг. Для активизации процесса твердения использовались NaOH и жидкое стекло.

Для исследований с помощью прессованиям под давлением 25 МПа были изготовлены образцы цилиндрической формы диаметром и высотой 20 мм из формовочной смеси с влажностью 13-14 %.

Твердение образцов проходило в нормальных условиях и при тепловой обработке по трёх- или четырёхстадийному режиму при температуре 80-330 °С с выдержкой на каждом этапе в течение 4 часов.

Результаты и их обсуждение 

На основании данных приведенных в табл. 1, 2 можно отметить, что основными приёмами позволяющими повысить прочность вяжущих является использование добавки шлака и  применение тепловой обработки, ускоряющей образование геля кремниевой кислоты. При повышении температуры от 80 до 200 °С во всех составах отмечается повышение прочности (см. рис.1). Повышение температуры до 330 °C приводит к снижению прочности.

Таблица 1 – Плотность и водостойкость вяжущих, полученных прессованием (без модифицирующей добавки шлака)

№ состава

Горная порода

Плотность, кг/м3

Коэффициент размягчения после тепловой обработки при tи=330 °С

1

Гранит

1837

0,58

2

Аплит-гранит

1860

0,62

3

Габбро-диабаз

2147

0,80

Рисунок 1 – Зависимость прочности геополимерных вяжущих, полученных прессованием от температуры твердения и горной породы, используемой в качестве сырья: 1 – гранит, 2 – аплит-гранит, 3 –габбро-диабаз

Рисунок 2 – Прочность геополимерных вяжущих на основе различных горных пород с 15 % добавкой шлака при твердении образцов в нормальных условиях: 1- гранит, 2 –аплит-гранит, 3 –габбро-диабаз

Таблица 2 – Влияние добавки шлака и температуры твердения на свойства геополимерных вяжущих

№ состава

Горная порода

Содержание шлака, % от массы вяжущего

Физико-механические характеристики после тепловой обработки при температуре

tиз=80°C

tиз=200°C

tиз=330°C

ρ, кг/м3

P, МПа

ρ, кг/м3

P, МПа

ρ, кг/м3

P, МПа

1

Гранит

10

1848

19,4

1867

48,4

1890

40,9

2

15

1875

23,4

1902

58,6

1925

47,0

3

Дацит

10

2005

34,0

2157

85,0

2174

75,2

4

15

2015

46,1

2200

115,3

2228

127,1

Рисунок 3 –  Коэффициент размягчения геополимеров при экспонировании их в воде (обозначения по табл. 2)

При термической обработке согласно рис. 1 наибольшей активностью обладают вяжущие, полученные на основе излившихся пород: из дацита – 127 МПа и габбро-диабаза – 90 МПа. Составы на основе  глубинных пород характеризуются меньшими значениями прочности: аплит-гранит – 66,5 МПа и гранит – 57,6 МПа.

Составы, твердевшие без прогрева, имеют более низкую прочность (рис. 2). Наибольшую прочность – 38 МПа при таком режиме твердения показал состав на основе диабаза с 15 % добавкой шлака.

Как видно в табл. 1 и рис. 3, геополимерные вяжущие без добавки шлака и с добавкой шлака до 10 % обладают небольшой водостойкостью, не превышающей значение по коэффициенту размягчения 0,75 (Кр). В отсутствие добавки шлака коэффициент размягчения свыше 0,75 (Кр=0,8) достигается при использовании в качестве сырья для получения вяжущего измельченного габбро-диабаза. С увеличением дозировки шлака с 10 до 15 % водостойкость вяжущих изготовленных по прессовой технологии в зависимости от вида горной породы составляет через 2 суток выдерживания в воде 0,8-1,07. При длительном выдерживании в воде (10 месяцев) Кр вяжущего на граните Павловского месторождения  увеличился до – 1,2 и уменьшается до  0,92 у вяжущего на основе дацита.

Выводы

Были исследованы геополимерные вяжущие из изверженных горных пород, полученные по прессовой технологии. Установлен оптимальный режим твердения (до 200°С), при котором вяжущие обладают наибольшей прочностью. Присутствие добавки шлака обеспечивает его твердение в нормальных условиях, а также повышение водостойкости. При твердении в нормальных условиях прочность вяжущих возрастает в ряду: аплит-гранит, гранит и габбро-диабаз от 24 до 38 МПа. Коэффициент размягчения вяжущих с добавкой шлака через 10 месяцев выдержки в воде составляет от 0,9 до 1,25.


Библиографический список
  1. Davidovits J. Soft Mineralurgy and Geopolymers. In proceeding of Geopolymer 88 International Conference, the Université de Technologie, Compiègne, France. 1988. – P. 49-56.
  2. Davidovits J. Geopolymer Chemistry and Applications. Saint Quentin, France: Geopolymer Institute, 2008. 585 p.
  3. Калашников В.И. Перспективы развития геополимерных вяжущих / В.И.Калашников // Современные состояние и перспективы развития строительных материаловедения:  Материалы VIII Академических чтений. –  Самара, 2004. – С. 193-197.
  4. Ерошкина Н.А., Калашников В.И., Коровкин М.О. Минерально-щелочные вяжущие. Монография. М-во об­разования и науки Российской Федерации, Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования «Пензенский гос. ун-т архитектуры и стр-ва». Пенза, 2012.
  5. Ерошкина Н.А., Коровкин М.О., Сурков А.Н. Оценка магматических горных пород в качестве сырья для получения геополимерных вяжущих // Молодой учёный. 2014. № 20 (79). C. 120-123.
  6. Ерошкина Н.А., Коровкин М.О. Механизм твердения геополимерных вяжущих на основе магматических горных пород // Региональная архитектура и строительство. 2013. № 3. С. 50-55.


Все статьи автора «Ерошкина Надежда Александровна»


© 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: