Научная статья на тему 'Повышение прочности доломитощелочных систем за счет введения солеобразующих оксидов'

Повышение прочности доломитощелочных систем за счет введения солеобразующих оксидов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
68
22
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
вяжущие вещества / доломит / щелочь / солеобразующие оксиды. / the knitting substances / dolomite / alkali / salt-forming oxides.

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — А. А. Шумкина

Современные темпы строительства формируют устойчивый спрос на современное вяжущие вещества, представляющие собой, как правило, сложные системы. Большинство традиционных вяжущих достаточно дороги, в связи с чем, крайне актуальной задачей является создание комбинированных вяжущих веществ на основе карбонатных пород. В статье приведены экспериментальные сведения, подтверждающие возможность протекания реакций образования гидросиликатов, гидроалюминатов и гидроферритов магния в результате химического взаимодействия Mg(OH)2 с оксидами кремния, алюминия и железа в щелочной среде.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INCREASE IN DURABILITY THE DOLOMITOSHCHELOCHNYKH OF SISTEM DUE TO INTRODUCTION OF SALT-FORMING OXIDES

Modern speed of construction forms steady demand for modern the knitting substances representing, as a rule, complex systems. The majority of traditional knitting are rather expensive in this connection, extremely relevant task is creation of the combined knitting substances on the basis of carbonate breeds. The experimental data confirming a possibility of course of reactions of formation of hydrosilicates, hydroaluminates and hydroferrite of magnesium as a result of chemical interaction of Mg(OH)2 with oxides of silicon, aluminum and iron in the alkaline environment are provided in article.

Текст научной работы на тему «Повышение прочности доломитощелочных систем за счет введения солеобразующих оксидов»

- Технические науки -

ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ДОЛОМИТОЩЕЛОЧНЫХ СИСТЕМ ЗА СЧЕТ ВВЕДЕНИЯ СОЛЕОБРАЗУЮЩИХ ОКСИДОВ

А.А. Шумкина, канд. техн. наук, доцент

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства (Россия, г. Пенза)

DOI: 10.24411/2500-1000-2019-10537

Аннотация: Современные темпы строительства формируют устойчивый спрос на современное вяжущие вещества, представляющие собой, как правило, сложные системы. Большинство традиционных вяжущих достаточно дороги, в связи с чем, крайне актуальной задачей является создание комбинированных вяжущих веществ на основе карбонатных пород. В статье приведены экспериментальные сведения, подтверждающие возможность протекания реакций образования гидросиликатов, гидроалюминатов и гидроферритов магния в результате химического взаимодействия Mg(OH)2 с оксидами кремния, алюминия и железа в щелочной среде.

Ключевые слова: вяжущие вещества, доломит, щелочь, солеобразующие оксиды.

Современный рынок строительных материалов представлен значительным количеством различных вяжущих веществ, применяемых при производстве современных строительных материалов. В то же время, актуальной является задача создания композиционных материалов на основе отходов промышленности [1]. Одним из эффективных вяжущих, способным заменить цемент, является гранулированный доменный шлак.

Доменный гранулированный шлак представляет собой продукт обработки огненно-жидких металлургических шлаков водой, образующийся при резком охлаждении расплава шлака и его грануляции-дробления на мелкие частицы. Такие шлаки обладают вяжущими свойствами и способны твердеть под действием активизирующих добавок, таких как щелочь, известь, сульфат кальция и др. Гидравлическая активность шлака также зависит и от дисперсного состояния, минералогического и фазового состава. Научные исследования в области шлакощелочных вяжущих [2] показали, что основными продуктами твердения шлакощелочных вяжущих являются гидросиликаты кальция, гидрогранаты переменного состава, кремниевая кислота, соединения щелочно-щелочноземельных металлов, а также гидроалюмосиликаты типа цеолитов.

В технологии бетонов при производстве щебня в качестве крупного заполнителя в широко применяются карбонатные породы (известняки, мраморы, доломиты). Наибольшее практическое значение имеют кальцит, являющийся составной частью известняка, и доломит.

В последнее время интерес представляют комбинированные вяжущие материалы, имеющие в качестве составляющих самопроизвольно твердеющие карбонатные минералы, которые в течение долгого времени рассматривались как инертные компоненты.

Многолетними исследованиями была установлена реакционная активность природных доломитов в реакциях со щелочами, применяемых в качестве заполнителей в цементных бетонах [3].

Для подтверждения гипотезы о термодинамической вероятности протекания реакций образования гидросиликатов, гидроалюминатов и гидроферритов магния в результате химического взаимодействия М§(ОН)2 с оксидами кремния, алюминия и железа в щелочной среде были проведены эксперименты. Химически чистый М§(ОН)2 был получен путем смешивания растворов сульфата магния и гидроксида натрия, взятых в эквивалентных количествах. Свежеосажденный М§(ОН)2 отфильтровывали через воронку Бюхнера и про-

Технические науи

мывали дистиллированном водой до отсутствия пробы на сульфат-ион. Затем из смеси полученного М§(ОН)2, щелочи и оксидной добавки методом силового прессования при влажности смеси 50-58% были изготовлены образцы размером 1x1x1 см. В качестве щелочного компонента использовался едкий натр, вводимый в количестве 5% от массы гидроксида магния. В качестве оксидных добавок использовали химические реактивы БЮ2, А12О3 и Ре2О3,

вводимые в количестве 3% от массы М§(ОН)2. Образцы находились на воздухе при относительной влажности 65-75% и в определенные сроки были испытаны на прочность при сжатии. Сравнительная оценка показателей прочности составов без оксидной добавки и с добавками БЮ2, А12О3 и Бе2О3, характеризующие кинетику набора прочности в различные сроки твердения, представлены на гистограмме (рис. 1).

я =

н я

и S

а =

¡2 и о

о а. С

3 сут

7 сут

Время твердения, сут

28 сут

I без оксидной добавки I оксид алюминия

□ оксид кремния (IV) ■ оксид железа (III)

Рис. 1. Кинетика набора прочности системы «М§(ОН)2-КаОН».

Как видно из рис. 1, значительное увеличение показателей прочности на протяжении всего периода твердения наблюдается при введении оксидных добавок в систему «М§(ОН)2-КаОН», что свидетельствует о наличии в системе «М§(ОН)2-КаОН-ЭхОу» гидратных новообразований различной степени влияния на показатели прочности этой системы.

Подтверждение предположения о возможности образования в системе «М§(ОН)2-МаОН-ЭхОу» гидросиликатов,

гидроалюминатов и гидроферритов магния послужило причиной изучения влияние добавок минеральных оксидов на кинетику прочностного набора доломитощелоч-ной системы (табл. 1). На основе доломита карьера Сатка были изготовлены образцы размерами 30x30x30 мм методом прессования с удельным давлением 15 МПа при влажности формовочной смеси 13%. Достаточно высокий выход свободного гидро-ксида магния в результате реакционного взаимодействия со щелочью обуславливал

- Технические науки -

выбор карбонатной породы. В качестве щелочного компонента применяли гидро-ксид натрия, вводимый в количествах по 3 и 5% от массы карбонатной породы. В качестве добавок-оксидов использовали аморфный БЮг, А1203 и Ре203, вводимые в количестве 1,5 и 3% от массы карбонатной

породы. Образцы хранились на воздухе при относительной влажности 65-75% и в заданные сроки подвергались испытанию на прочность при сжатии. Полученные результаты приведены в таблице 1 и на рисунке 2.

Таблица 1. Показатели прочности доломитощелочных систем без добавок и

с оксидной добавкой при 5% исходного NaOH

Состав (соотношение компонентов вяжущего), % от массы карбонатной породы Прочность на сжатие в различные сроки твердения, МПа

Доломит NaOH ЭхОу 3 сут 7 сут 28 сут

100 5 - 7,8 12,2 16,0

100 5 AI2O3 - 1,5 4,8 7,8 13,8

100 5 Fe2O3 - 1,5 8,2 13,4 24,0

100 5 SiO2 - 1,5 5,8 10,0 19,4

100 5 - 7,8 12,2 16,0

100 5 AI2O3 - 3 7,9 12,4 24,0

100 5 Fe2O3 - 3 9,1 15,5 31,4

100 5 SiO2 - 3 18,6 29,8 47,8

100 3 - 2,8 5,0 15,1

100 3 AI2O3 - 3 3,3 6,5 17,0

100 3 Fe2O3 - 3 3,8 7,3 17,2

100 3 SiO2 - 3 10,1 15,4 28,2

S S

Й К о

S

а с

л н о

0

1 т о

Q.

50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

1,5% добавки

1

йГП lill Ii. i 11

3 сут. 7 сут. 28 сут.

Воемя твеодения, сут.

3% добавки

I

3 сут. 7 сут. 28 сут.

Воемя твеодения, сут.

■ оксид алюминия Ноксид железа (III) Поксид кремния (IV) ■контрольный

Рис. 2. Кинетика набора прочности доломитощелочных систем в различные сроки

твердения при 5% исходного NaOH.

Полученные данные свидетельствуют о том, что увеличение количества оксидных добавок приводит к росту показателей

прочности доломитощелочной системы, что объясняется увеличением количества новообразований, благоприятно влияющих

Технические науи

на прочностные показатели системы. Так, введение оксидов в количествах по 3% приводит к наиболее существенному повышение прочностных характеристик. Малое содержание А12О3 и Бе2О3 недостаточно для положительного влияния на прочностные показатели доломитощелоч-ной системы. Значительное повышение прочности образцов вызвано введением аморфного БЮ2 даже в количестве 1,5%, что может быть объяснено не только образованием гидросиликатов магния, но и образованием гелеобразного кремнезема, который, цементируя зерна карбонатной породы, увеличивает плотность материала.

Термодинамически подтвержденная вероятность протекания реакций взаимодействия доломита [4] и аморфного кремнезема с гидроксидом натрия после затворе-ния карбонатной породы с добавкой БЮ2 раствором №ОН обуславливает возмож-

химических процессов. Часть щелочи расходуется на взаимодействие с карбонатной породой с образованием М§(ОН)2, а другая - на образование силиката натрия по схеме:

2ШОН + шБЮг ^ ШгО-шБЮг + НгО.

Полученные данные свидетельствуют о том, что на кинетику набора прочности доломитощелочной системы оказывает влияние содержание щелочи. Повышение количества щелочи до оптимального количества приводит к росту показателей прочности, что объясняется ростом содержания М§(ОН)2 и других новообразований. Кроме того, определено влияние гид-ратных новообразований на показатели прочности данных систем: введение минеральных оксидных добавок положительно отражается на прочностных характеристиках системы «М§(ОН)2-КаОН» и доломи-тощелочного вяжущего.

ность протекание обоих реакционно-

Библиографический список

1. Польской П.П. Композитные материалы - как основа эффективности в строительстве и реконструкции зданий и сооружений // П.П. Польской, Д.Р. Маилян // Инженерный вестник Дона. 2012. № 4 (часть 2). URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1307

2. Шляхова Е.А. Применение метода рентгенофазового анализа для изучения свойств модифицированного шлакощелочного вяжущего // Е.А. Шляхова, А.Ф. Акопян, В.Ф. Акопян // Инженерный вестник Дона. 2012. № 4 (часть 2). URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1395

3. Глуховский В.Д., Рунова Р.Ф., Максунов С.Е. Вяжущие композиционные материалы контактного твердения // Вища школа. - Киев, 1991. - 243 с.

4. Шумкина А.А. Модифицированные доломитошлаковые вяжущие и строительные материалы на их основе. Дисс. канд. техн. н. - М., 2006.

INCREASE IN DURABILITY THE DOLOMITOSHCHELOCHNYKH OF SISTEM DUE TO INTRODUCTION OF SALT-FORMING OXIDES

A.A. Shumkina, candidate of technical sciences, associate professor Penza state university of architecture and construction (Russia, Penza)

Abstract. Modern speed of construction forms steady demand for modern the knitting substances representing, as a rule, complex systems. The majority of traditional knitting are rather expensive in this connection, extremely relevant task is creation of the combined knitting substances on the basis of carbonate breeds. The experimental data confirming a possibility of course of reactions offormation of hydrosilicates, hydroaluminates and hydroferrite of magnesium as a result of chemical interaction of Mg(OH)2 with oxides of silicon, aluminum and iron in the alkaline environment are provided in article.

Keywords: the knitting substances, dolomite, alkali, salt-forming oxides.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.