Павленко н.В., Капуста м.Н., Осадчая м.С., Любимов д.Н.

(БГТУ им. В.Г. Шухова, г. Белгород, РФ)

Наноструктурированное вяжущее – перспективный вид вяжущего негидратационного типа твердения. Для обоснования целесообразности соблюдения технологических нюансов при получении данного вяжущего и перспективности его применения был проведен сравнительный анализ НВ и кварцевой суспензии.

Nanostructured binder (NB) – is a promising type of the binder of a nonhydration hardening type. In order to justify practicability of the technological nuances during production process of this binder and the prospects of its application a comparative analysis of the HB and quartz suspension was performed.

Цемент – один из самых распространенных видов вяжущих, применяемых в строительстве. Но в связи с большими выбросами вредных веществ в экосферу, высокой стоимостью и энергопотреблением, дефицитом на некоторых территориях России возникает потребность в разработке альтернативных вяжущих веществ. К ним можно отнести наноструктурированное вяжущее (НВ) негидратационного типа твердения. Основным сырьем при получении НВ служит широкий спектр кремнеземистых и алюмосиликатных пород природного и техногенного происхождения.

НВ получают по технологии высококонцентрированных вяжущих систем (ВКВС) [1], заключающейся в постадийном помоле сырья по мокрому способу с последующей модификацией.

Специфика реологических свойств НВ позволяет определить возможные области применения. В настоящее время разработаны составы силикатных автоклавных прессованных материалов, композиционных вяжущих, теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных ячеистых бетонов, в которых цемент полностью или частично может быть заменен на НВ. Полученные материалы отличаются от аналогов улучшенными технико-эксплуатационными и теплофизическими характеристиками [2].

При производстве НВ важным является соблюдение технологических и временных параметров (постадийная загрузка, определенный температурный режим и т.д.). С целью обоснования целесообразности соблюдения технологических нюансов при получении НВ и перспективности его применения был проведен сравнительный анализ фотографий микроструктуры пенобетона на основе НВ и пенобетона на основе кварцевой суспензии. Кварцевую суспензию получают путем помола кварцесодержащего сырья в водной среде в шаровой мельнице в течение 4 часов без последующий стабилизации (рисунок 1).

а)	б)

Рисунок 1 – Фотографии микроструктуры пенобетона:

а – на основе наноструктурированного вяжущего, б – на основе кварцевой суспензии

Ячеистые композиты на основе НВ и на основе кварцевой суспензии имеют явные различия. Первый отличается ярко выраженной ячеистой структурой с четкими гранями между отдельными порами. А в материалах, полученных путем пенообразования на основе кварцевой суспензии, пористость прослеживается слабо, наблюдаются значительные дефекты в структуре. Это, прежде всего, связано с низким уровнем полидисперсности, отсутствием частиц наноразмерного уровня.

В связи с несоблюдением технологии производства НВ, отсутствием постадийной загрузки при механоактивации кварцевой суспензии слабо проявляются свойства вяжущей системы. Низкая полидисперсность и малая концентрация частиц наноразмерного уровня в системе провоцируют недостаточную активность вяжущей системы, расслоение, слабую агрегативную устойчивость и увеличение сроков твердения вяжущего и композитов на его основе.

Для пенобетона на НВ предусматривается дополнительная операция по упрочнению, заключающаяся в выдержке в щелочной среде (метод УХАКС). Упрочнение может осуществляться двумя способами: орошением и выдержкой.

а)	б)

Рисунок 2 – Фотографии микроструктуры упрочненного пенобетона:

а – на основе наноструктурированного вяжущего, б – на основе кварцевой суспензии

Преимущество операции упрочнения складывается за счет омоноличивания ячеистой структуры композита на основе НВ (рисунок 2, а). При упрочнении пенобетона на основе кварцевой суспензии происходит омоноличивание лишь отдельных частичек кварца (рисунок 2, б). Это обосновано тем, что отсутствие коллоидного компонента в системе не позволяет рассматривать суспензию как вяжущий компонент, этот факт препятствует процессу структурообразования. Первоначальная прочность композита на основе кварцевой суспензии очень низкая, что в свою очередь не позволяет реализовать упрочнение по методу УХАКС. Предел прочности на сжатие отливок из кварцевой суспензии почти в 2,5 раза меньше, чем у отливок НВ.

Использование НВ в качестве вяжущего при производстве ячеистых композитов способствует формированию однородной поровой структуры, уменьшению пористости межпоровой перегородки, к чему приводит наличие нанодисперсных частиц в НВ и формовочных системах на его основе, т.е. создается эффект нанодисперсного микронаполнителя. В ходе проведения сравнительного анализа гранулометрического состава кварцевой суспензии и НВ было определено процентное содержание частиц, распределенных на 40 фракций от 0,2 до 600 мкм. В кварцевой суспензии основное распределение частиц находится в диапазоне 1–50 мкм, а в НВ – с 0,75 до 33 мкм. Наличие частиц размером более 90 мкм в НВ не наблюдается, в то время как в кварцевой суспензии максимальная фракция находится в пределах 220 мкм. Довольно широкий разброс процентного содержания имеющихся фракций в составе НВ позволяет создать описанный выше эффект микронаполнителя.

Анализ микроструктуры позволяет доказать преимущества применения наноструктурированного вяжущего в сравнении с кварцевой суспензией и определяет перспективность использования его в качестве вяжущего при производстве неавтоклавного пенобетона.

Кварцевая суспензия характеризуется слабо выраженными свойствами связующей системы, что не позволяет использовать ее при получении строительных композитов. Наиболее перспективным, с точки зрения применения для получения ячеистых бетонов, является НВ, это обосновано рациональным содержанием нанодисперсного вещества в системе, что способствует формированию плотнейшей упаковки. Применение НВ обеспечивает более высокие прочностные характеристики при снижении расхода вяжущего на единицу объема вещества за счет его высокой подвижности.

Заключение

За счет разработки и применения нового типа наноструктурированного вяжущего и технологии при проектировании строительных материалов, станет возможным существенно снизить энергоемкость производства искусственных композитов, т.е. получать сырьевые смеси с качественно новым энергетическим состоянием, что создаст объективные условия для внедрения наноматериалов в промышленное и гражданское строительство.

Литература

1 Пивинский, Ю.Е. Теоретические аспекты технологии керамики и огнеупоров [Текст]/Ю.Е. Пивинский. – С-Пб.: Строийздат, 2003. – Т.1. – 544 с.

2 Нелюбова, В.В. Наноструктурированное вяжущее и строительные материалы на его основе [Текст]/В.В. Нелюбова, Н.В. Павленко, Ф.Е. Жерновой, А.В. Череватова, В.В. Строкова//Материалы международной научно-практиче-ской конференции, посвященной 50-летию Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления и строительного факультета. – Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2012. – С. 159–161.

1.18	МОНОЛИТНЫЙ ПЕНОБЕТОН НА ОСНОВЕ БЕСЦЕМЕНТНЫХ ВЯЖУЩИХ КОМПОЗИЦИЙ