ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОПОЛИМЕРНОГО ВЯЖУЩЕГО

Современное общество представляет собой динамично развивающийся и тесно связанный, как информационно, так и территориально децентрализованный комплекс постоянно взаимодействующих групп людей, заполненный в процессе их деятельности множеством идей, мыслей и постоянно изменяющейся информацией научного, теоретического и практического характера. Непостоянство информационного поля способствует активному развитию большинства научных направлений, которые проникают в различные, ранее неисследованные области, и способствуют развитию промышленного и социального комплексов.

Одним из таких направлений является строительство. Стандарты нового времени предъявляют к современным материалам и технологиям их получения все более высокие требования, которые способны обеспечить такие же характеристики готовой продукции, но при более низких материальных затратах и в более короткие промежутки времени. Одним из самых распространенных и технологически развитых комплексов производства материалов строительного назначения в России и за рубежом является цементная промышленность. Цемент достаточно хорошо изучен с научной точки зрения, а композиты и материалы на его основе позволяют решить многие архитектурные задачи.

Ближайшие десятилетия цемент и композиты на его основе будут сохранять лидирующие позиции среди материалов, производимых для строительства, благодаря высоким физико-механическим и технико-эксплуатационным характеристикам. Однако цемент является одним из дорогостоящих материалов, что ограничивает его доступность для большинства объектов частного малоэтажного домостроения.

Достаточной высокая стоимость цемента связана со сложным процессом технологического производства, постепенным снижением запасов невозобновляемого природного сырья, связанных с этим проблем его доступности, поиском и обустройством новых карьеров. Также значительна энергоемкость процесса производства цементного вяжущего, связанного с необходимостью предварительной подготовки сырьевых компонентов при производстве портландцементного клинкера.

Наличие вышеописанных проблем в цементной промышленности повышает интерес к разработке и внедрению в производство новых энергоэффективных бесцементных вяжущих. Основным показателем перспективного развития нового строительного материала является наличие широкой материально-технической базы, относительно недорогостоящей и доступной во многих областях РФ, которая способна обеспечить высокие экологические стандарты. Поэтому одним из перспективных вяжущих, которые удовлетворяющих данным требованиям, является алюмосиликатное вяжущее, известное так же под термином геополимер.

Основой конкурентоспособности геополимерного вяжущего служит:

– возможность использования большинства алюмосиликатных пород в качестве основного сырьевого компонента в составе геополимерного вяжущего;

– проведение микро- и наноармирования;

– создание прочных контактных зон при использовании силикатного наполнителя;

– гибкая система управления эксплуатационными характеристиками готового материала или композитов на его основе [5].

Из сырьевой базы производства геополимерного вяжущего выделяют три основных источника алюмосиликатного компонента (рис.1).

Используя алюмосиликатное сырьё синтетического происхождения, получают материалы с высокими технико-эксплуатационными характеристиками за счет отсутствия в исходном материале примесей и наиболее стабильным химическим и минеральным составом. Однако применение синтетического сырья в промышленных масштабах является затруднительным. Это связано со сложностью технологии получения синтетических минералов, которую осуществляют в лабораторных условиях при строгом соблюдении предъявляемых технологических требований. Использование высококачественного синтезированного сырья в составе геополимерного вяжущего значительно увеличивает себестоимость конечной продукции, что сказывается на конкурентоспособности данного материала по сравнению с изделиями на основе цементного вяжущего.

Рисунок 1. Сырьевая база для производства геополимерного вяжущего

Поэтому использование синтетического источника алюмосиликатов становится невозможным в промышленных условиях, но использование его в лабораторных исследованиях позволяет получить наиболее точную картину модельной структуры вяжущего, его физико-механических характеристиках и взаимодействии со щелочными активаторами.

Использование техногенного алюмосиликатного сырья в составе геополимерного вяжущего упоминается начиная с 70-х годов ХХ столетия [1] и даже в настоящее время является актуальным [2]. Использование золошлаковых отходов в составе вяжущего решает проблему утилизации многотоннажных отходов различных производств, при этом получают материалы и композиты с высокими технико-эксплуатационными характеристиками. Существенными недостатками техногенного сырья являются нестабильность химического и минерального состава, значительное варьирование которого происходит даже при малом изменении технологии получения. Изменение данных параметров в определенных значениях существенно отражается и на физико-механических характеристиках готовой продукции, чаще всего приводя к ухудшению прочностных показателей, снижению долговечности и стойкости материала. Поэтому существует необходимость в разработке теоретического и практического аппарата, способного на стадии предварительной подготовки учитывать генетические параметры исходного сырья и корректировать процесс получения геополимерного вяжущего с заданными характеристиками. Перспективу в исследовании и разработке составов геополимерного вяжущего представляют природные источники алюмосиликатного сырья [3]. Его достоинствами являются достаточно стабильный химический и минеральный состав, незначительные изменения которого практически не отражаются на характеристиках готовой продукции, широкая география распространения и доступность исходного сырья (материалы алюмосиликатного состава занимают около 67% земной коры), что обеспечивает возможность осуществления производства геополимерного вяжущего в промышленных масштабах.

Применение отдельных видов природного сырья возможно без значительных энергетических затрат на предварительную подготовку сырья и вяжущего на его основе [4].

Высокий рост промышленного производства геополимерного вяжущего объясняется рядом положительных характеристик: широкая сырьевая база, экологичность технологического процесса, возможность применения энергоэффективного низкотемпературного синтеза. Благодаря этому геополимерное вяжущее и композиты на его основе в будущем времени найдут широкое применение в частном и малоэтажном строительстве.

Список литературы:

1. Глуховский В.Д., Пахомов В.А. Шлакощелочные цементы и бетоны. Киев, Будивельник,1978.

2. Кожухова Н.И., Жерновский И.В., Фомина Е.В. Фазообразование в геополимерных системах на основе зол-уноса Апатитской ТЭЦ // Строительные материалы. 2015. № 12.

3. Криволапова Е.Ю., Кожухова Н.И. Остов эффективности использования цеолитовых пород в сфере строительного материаловедения // Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова. 2015.

4. Чижов Р.В., Кожухова Н.И., Бондарева Е.Н., Калашникова В.А., Данакин Д.Н.. Влияние механо- и хемоактивационных процессов на эксплуатационные характеристики геополимерных вяжущих // Юбилейная Международная научно-техническая конференция молодых ученых, посвященная 60-летию БГТУ им. В.Г. Шухова. Белгород. 2014

5. Чижов Р.В., Кожухова Н.И., Жерновский И.В., Коротких Д.Н., Фомина Е.В., Кожухова М.И. Фазообразование и свойства алюмосиликатных вяжущих негидратационного типа твердения с использованием перлита // Строительные материалы. 2014. №3.