Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

Д.т.н. Калашников В.И., к.т.н. Мороз М.Н.

ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Минеральношлаковые вяжущие

на основе местных материалов

Диапазон горных пород для создания минерально-шлаковых вяжущих и материалов на их основе чрезвычайно широк и разнообразен по химико-минералогической природе. В этот диапазон входят породы осадочного происхождения: карбонаты, глины, суглинки, силициты, гравелиты и др.; вулканического происхождения: граниты, сиениты, диориты, базальты, габбро и др.

Для оценки кинетики формирования прочности глиношлакового вяжущего (ГШВ) были проведены следующие эксперименты. В качестве основных сырьевых материалов использовались молотый гранулированный доменный шлак Новолипецкого металлургического завода с удельной поверхностью S_уд = 370 м²/кг в комплексе с Южно-Башмаковской глиной с S_уд = 550 м²/кг при различном соотношении "шлак:глина" – «60:40», «70:30» и «80:20» по массе.

Водо-твердое отношение составляло 0,14. В качестве активизатора твердения использовали щелочь NaOH в количестве 3% от массы вяжущего. Для предварительного анализа были отформованы образцы методом прессования при Р = 25 МПа. Образцы подвергались тепло-влажностной обработке по режиму: 3 часа – подъем температуры, 5 часов – изотермическая выдержка при температуре 80ºС, и естественное остывание. Часть образцов хранилась в нормально-влажностных условиях при относительной влажности воздуха более 90% в течение 28 суток, затем подвергалась испытанию на прочность при сжатии. Далее образцы подвергались водонасыщению в течение 10 суток. Периодически производился контроль водопоглощения по массе. Результаты исследований представлены в таблице.

Таблица

Физико-технические свойства ГШВ на основе Южно-Башмаковской глины

№ п/п	Состав минерально- шлакового вяжущего			Щелочь NaOH	Содержание воды, % от массы сухих компонентов	Плотность, кг/м^3	Прочность на осевое сжатие после ТВО, МПа	Прочность на сжатие после сушки при 100 Сº образцов после ТВО, МПа	Прочность на осевое сжатие образцов, хранившихся в нормальных условиях, МПа, через:				Коэффициент размягчения	Водопоглощение по массе, %, через:		Морозостойкость, циклы	Циклы увлажнения-высушивания
									1 сутки	3 суток	14 суток	28 суток
														2 суток	10 суток
	шлак	глина	Са(ОН)2
1	80	20	–	3	14	2,24	17,2	22,24	3,5	8,2	16,8	18,3	0,7	7,8	8,0	–	–
2	60	40	–	3	14	2,25	33,4	37,4	9,9	14,6	22,9	30,3	0,76	7,0	7,3	Более 300	Более 100
3	70	30	–	3	14	2,30	13,3	18,1	3,1	7,3	15,2	16,6	0,69	7,2	7,9	–	–
4	60	40	6	1,5	10	2,22	30,2	35,5	–	–	3,25	30,2	0,50	8,5	9,6	–	–

Как видно из таблицы, при соотношении компонентов глиношлакового вяжущего «шлак:глина» – «60:40», была получена самая высокая прочность на осевое сжатие (состав 2 таблица): после тепловлажностной обработки она составила 33,4 МПа, через 28 суток нормально-влажностного твердения – 30,3 МПа. При соотношении «шлак:глина» «80:20» и «70:30» прочность на осевое сжатие после тепловлажностной обработки составила 17,2 и 13,3 МПа, соответственно. Последующее высушивание образцов после ТВО способствует повышению прочности на сжатие для состава 2 в 1,12 раза – 37,4 МПа. Водопоглощение по массе образцов глиношлакового вяжущего при оптимально-подобранном соотношении «шлак:глина» – «60:40» через 10 суток составила 7,32 %.

Кроме того, следует отметить, что глиношлаковые материалы имеют достаточно высокие прочностные показатели, при этом предел прочности на сжатие, средняя плотность образцов, а также формовочная влажность возрастают с уменьшением формовочной влажности смеси до оптимального значения. Введение извести в качестве активизатора твердения при снижении количества щелочи приводит к замедлению набора прочности в нормальных условиях, но в условиях тепловлажностной обработки кинетика роста прочности аналогична образцам, активируемым при повышенном содержании щелочи (состав 4 таблица). Добавка к глиношлаковому вяжущему наполнителя – тонкомолотого известняка – вызывает увеличение прочности в нормативные сроки на 20% и прочности после ТВО – на 11%.

Коэффициент размягчения, находящийся в пределах от 0,5 до 0,76, ниже, чем у бетонов на портландцементном вяжущем. Однако процесс твердения образцов в воде практически идентичен твердению в нормально-влажностных условиях; при этом не наблюдается размучивание образцов в воде после суточной воздушно-влажной выдержки, не происходит снижение прочности, а в составах с Са(ОН)₂ она даже выше на 15% по сравнению с прочностью образцов нормального твердения. Все это позволяет отнести ГШВ при оптимально-подобранном соотношении «шлак:глина» – «1,5:1» к классу гидравлических вяжущих веществ с учетом медленного, но стабильного длительного гидратационного твердения во времени.

В процессе испытаний наблюдалась постоянная гидратация глиношлакового вяжущего. Микроскопическая оценка с помощью отсчётного микроскопа МПБ-2 с ценой деления 50 мкм, не позволило обнаружить наличие волосяных трещин на поверхности глиношлаковых образцов, что характеризует их как высокотрещиностойкие композиционные материалы.

Таким образом, установлена хорошая совместимость минералов глины с компонентами шлака в щелочной среде с формированием нормативной прочности до 33 МПа. Получены глиношлаковые материалы, которые можно использовать для производства эффективной декоративной фасадной плитки, стеновых материалов и черепицы.