Геополимерный бетон состав: Геополимерный бетон своими руками технология состав купить рецепт в древности

замес своими руками в домашних условиях

В 78 году XIX века химик Joseph Davidovits ввёл понятие «геополимер». Вещество напоминает обычный цементный материал, но владеет более высокими эксплуатационными характеристиками. По своей структуре оно имеет большое сходство с природным камнем.

Этот материал для строительства применяется недавно, но такие исторические архитектурные строения, как Египетские пирамиды, выстроены из блоков, которые очень напоминают геополимерный бетон. Значит, рецепты геобетона знали ещё задолго до нашей эры.

Структура геополимерного бетона

Прежде чем перейти к рецепту геополимерного бетона, стоит разобраться в его структуре. Что входит в состав этого материала? На замену песку, щебню и гравию в качестве заполнителя пришли шлак и летучая зола, а связующими компонентами послужили жидкое стекло и разбавленный водой гидроксид калия.

Нужные составляющие:

• Шлак — отходы от выплавки металла. При получении полибетона он является обязательным веществом.
• Зольная пыль получается при сжигании твёрдого топлива. Добавление её в бетон намного увеличивает прочность возводимого строения.
• Жидкое стекло — бесцветные кристаллы силикатов калия или натрия. При хранении очень важно оберегать от влаги. Контактируя с воздухом, водный щелочной раствор силикатов натрия и калия впитывает пар и расплывается.
• Гидроксид калия, как и предыдущий компонент, при соприкосновении с воздухом тоже расплывается. По этой причине его нужно распаковывать перед тем, как начинать делать раствор. Так как это вещество очень вредное, работать с ним нужно только с применением средств защиты — респираторов, очков и рукавиц.

Большой вред материал принесёт при попадании на слизистые оболочки или в глаза.

Рецепт смеси

Можно приготовить геополимерный бетон своими руками в домашних условиях, если иметь хорошее основание из знаний по химии и физике и достать нужные материалы. Рецепт для замеса 0,4 литра геобетона своими руками таков:

• Триста грамм зольной пыли.
• Триста грамм шлака.
• Восемьдесят грамм 45% КОН.
• Сто грамм воднощелочного раствора силикатов натрия и калия.
• Пятьдесят два грамма воды.

Для затвердения бетона должен соблюдаться температурный режим + 80 градусов. За сутки состав затвердеет на 110 МПа. А для полного застывания может уйти от семи до десяти дней. У обычного бетона на это уйдёт до 28 дней. Изготовление геобетона своими руками аналогично приготовлению обычного бетона. В бетономешалку загружают небольшое количество цемента и воду.

На следующем этапе в одинаковых пропорциях загружается шлак и зольная пыль, и все хорошо перемешивается. Затем добавляют полимерные материалы, и все опять перемешивается до достижения необходимой консистенции. В качестве полимерных составляющих могут служить водорастворимые смолы или ПВА определённой консистенции. Поливиниловый спирт, который входит в ПВА, является вяжущим составляющим.

При изготовлении геобетона самостоятельно можно добавлять органические полимеры, но не более пятой части от всей массы цемента. При введении в раствор смол, растворяемых в воде, геобетон получится лучшего качества. Все указанные составляющие свободно можно купить в строительных магазинах.

Преимущества материала

Основным плюсом геобетона является создание гладкой поверхности, прочность которой только увеличивается с годами.

Промышленный метод изготовления материала заключается в смешивании при низких температурах нужных составляющих в точных пропорциях, что позволяет геобетону иметь такие качества, как:

• Устойчивость к коррозии.
• Высокий уровень огнеупорности. Геобетон способен выдержать температуру до 1316 градусов.
• Качественную устойчивость при растяжении и сжатии.
• Стойкость к воздействию кислот и других агрессивных веществ.
• Незначительная степень усадки.
• Малый объем выделения газов, которые создают парниковый эффект.
• Практически непаропроницаемый.
• Податливость при механических воздействиях, даже алмазными кругами.

Все свойства этого вещества были получены при сравнении со стандартными бетонными материалами.

Нюансы приготовления и использования

Рыночная оценка готовой смеси на основе полимеризации будет выше, чем у бетонного варианта из Portland cement. Раствор схватывается довольно быстро, а для замедления процесса в рецепт включают Тетраборат натрия. При смешивании составляющих геополимерного бетона выделяется тепло, и это нужно учитывать при подборе ёмкости для замеса. При необходимости быстрого застывания бетона в опалубке прокладывают электролиты.

Это уникальный материал, предназначенный для выполнения различных строительных работ. За несколько десятилетий он сумел отлично зарекомендовать себя на строительных площадках разной степени сложности.

Этот материал также помогает решить не менее важную задачу утилизации отходов производства. Благодаря геобетону изготовляются монолиты различной формы, не наносящие вреда окружающей среде.

Что такое геополимерный бетон?

Во все времена учеными проводились опыты и эксперименты, на которых исследовались смеси, сочетающие природные и искусственные компоненты. Такой тандем позволял получать материалы с более высокими эксплуатационными качествами, поскольку элементы искусственного происхождения усиливали все показатели тех составляющих, которые дала природа. Материалы, полученные таким путем, назывались композитными или полимерными. Один из них – геополимерный бетон, который является новейшим экологически чистым и безопасным стройматериалом. Приставка «гео» (на греческом – «земля») является подтверждением, что новый материал содержит только натуральные ингредиенты.

Инновационная бетонная смесь не является чем-то новым – она уже была известна человеку еще в древности: при строительстве пирамид в Египте использовался подобный стройматериал. К сожалению, его точная рецептура осталась тайной для современного человека, но благодаря внедрению новейших технологий ученые смогли восстановить примерный состав, технологию и получить почти такой же аналог, каким был геополимерный бетон в древности. Но это факт только исторический и к современному строительству он относится лишь частично.

Описание инновационного раствора

Одно из самых важных свойств инновационной бетонной смеси – набор максимальной прочности за короткое время: чтобы полностью затвердеть, ей нужна всего неделя, тогда как традиционному раствору для этого понадобится ровно в 4 раза больше времени.

Геополимерный бетон, как и портландцемент, состоит из нескольких компонентов, но их состав значительно разнится. Новый раствор состоит в основном из золы и шлака – отходов разных отраслей. Ранее подобные отходы совершенно не перерабатывались и только загрязняли окружающую среду. Конечно, выпуск инновационных стройматериалов не решит эту проблему сразу, зато зола и шлаки станут значительной сырьевой базой для их изготовления.

Преимущества применения

Как утверждают специалисты, геополимерный бетон – продукт с большим будущим: в отличие от портландцемента его используют при изготовлении облегченных конструкций. Но это не все: по своим теплосохраняющим характеристикам новая бетонная смесь намного превосходит другие стройматериалы, которые используются при возведении зданий. Например, стена из этого геополимера толщиной всего в 30 см сохраняет тепло так же, как кирпичная, но толщиной в 1,25 м.

Соответственно, применяя для строительства инновационный раствор, можно значительно сэкономить средства:

1. Можно возводить здания, используя меньшее количество стройматериалов.
2. Благодаря низкой теплопроводности геополимерного стройматериала снизятся расходы на обогрев помещений в них.

Основные характеристики

По утверждению специалистов, геополимерный бетон является стройматериалом будущего, поскольку обладает прекрасными эксплуатационными характеристиками, такими как:

1. Малая усадка.
2. Высокая прочность на сжатие.
3. Устойчивость к кислотам.
4. Низкая проницаемость. Этот показатель почти равен аналогичному показателю гранита.
5. Отличная устойчивость против высоких температур – до +1300°. Ученые провели эксперимент: на протяжении 120 минут подвергали панели из геополимерного бетона и портландцемента воздействию очень высокой температуры. После этого изделия из инновационной смеси остались совершенно целыми, в то время как на панелях из портландцемента появилось много трещин и сколов.

Но самым ценным свойством рассматриваемого нами раствора является то, что он выделяет минимум парниковых газов.

Если сравнивать структуру нового стройматериала, то она напоминает таковую натурального камня, благодаря чему имеет более высокие свойства, чем обычный раствор. Но самое главное – можно приготовить геополимерный бетон своими руками, поскольку это совсем не сложно. Необходимо только подготовить нужные для работы составляющие.

Особенность состава

Рецептура является достаточно простой, а компоненты – доступными: зольная пыль, вода, гидроксид калия, жидкое стекло и шлак. Последний ингредиент необходим для придания прочности и долговечности. Но он один не может защитить готовые изделия от растрескиваний, которые неизбежны во время усадки. Этот недостаток устраняет наличие зольной пыли. Более того, оба компонента укрепляют бетонную смесь, и она сможет устоять перед любыми негативными факторами.

Почему именно зольная пыль? Потому что даже сам по себе этот компонент обладает высокими технологическими и физическими свойствами, поэтому введение его в состав помогает повысить прочностные показатели готовых изделий (до уровня гранита).

Также усилить прочность стройматериала призваны входящие в состав алюминиевые силикаты. Они, вступая со щелочью в реакцию, полимеризуются. Благодаря этому образуется твердый монолит. Именно эта реакция компонентов послужила толчком к появлению другого названия материала — его называют шлакощелочной бетонной смесью.

Подготовка к работе

Прежде чем приступить к работе, нужно подготовить:

1. Емкости.
2. Инструменты.
3. Спецодежду.
4. Респиратор.
5. Очки.
6. Перчатки.
7. Весы, чтобы контролировать пропорции.
8. Опалубку или форму, куда будет отливаться готовый раствор.

Важная деталь: для перемешивания нужно взять лопатку из такого материала, который не будет вступать в реакцию со щелочами. Лучше всего подойдет инструмент из дерева.

Что немаловажно: смешиваясь, компоненты выделяют тепло, поэтому для перемешивания нужно взять емкость, устойчивую к повышенной температуре. Если необходимо, чтобы готовый раствор быстрее застыл, можно проложить электролиты в опалубке. В таком случае их нужно тоже заранее подготовить.

Рецепт приготовления

Домашние мастера, которые решили сделать геополимерный бетон своими руками, интересуются в первую очередь точным составом смеси. В Сети нет готового рецепта, поскольку производители держат его в тайне, а ученые продолжают работать над совершенствованием инновационного стройматериала. Можно найти много вариаций рецептуры, но при этом изначально предложенный основной состав остается практически неизменным.

Следуя ему, на изготовление 1,0 л геополимерного раствора нужно подготовить:

• 550 г зольной пыли и столько же шлака;
• 110 г воды;
• 240 г жидкого стекла;
• 180 г 45 % КОН.

Все компоненты есть в продаже, и найти их можно без проблем. Конечно, стоимость полученных в итоге изделий будет выше, чем аналогов из обычного портландцемента, зато их прочность намного превосходит бетонные элементы.

Технология приготовления

Если имеются все необходимые составляющие и инструменты, можно и самому приготовить геополимерный бетон. Технология достаточно проста, но только нужно строго соблюдать все рекомендации:

1. В помещении, где проводится работа, должна быть низкая влажность, чтобы гидроксид калия не «поплыл». Из-за этой особенности гидроксид обычно распаковывают только перед тем, как положить в раствор.
2. КОН является достаточно агрессивным материалом, поэтому работать с ним нужно, используя защитные средства — перчатки и очки.
3. Жидкое стекло тоже считается гигроскопичным и агрессивным – с ним нужно быть не менее осторожным.
4. Все работы по замешиванию нужно проводить быстро.

Если используется бетономешалка, работать предстоит в следующей последовательности:

1. Залить воду. Использовать холодную жидкость нельзя – она должна быть теплой.
2. Засыпать шлак и золу.
3. После того как все хорошо перемешается, добавить полимеры.
4. Снова перемешать до получения однородного раствора.
5. Залить смесь в формы.

Важная деталь: летучая зола является веществом с достаточно сомнительной экологической репутацией, но благодаря её применению бетонная смесь приобретает более высокую прочность, которую сохраняет очень долгое время. Поэтому если важно получить прочный материал, можно использовать и золу, но если важнее экологичность, золы можно взять меньше, а часть ее заменить цементом.

Формование изделий

Чтобы изготовить детали нужного размера и формы, можно использовать те же опалубки, что и для обычного портландцемента. Их необходимо заранее очистить и смазать отработанным или любым другим (даже растительным) маслом. После этого устанавливается арматура (если это необходимо), и лишь затем форма заполняется бетонным раствором. При заливке нужно следить, чтобы не осталось внутри пустот, из-за которых плиты из геополимерного бетона могут в будущем растрескиваться.

Уже через сутки заготовки затвердеют: на их поверхности образуется пленка. Ее наличие повысит монолитность материалов, и они смогут выдерживать более высокие нагрузки.

Варианты растворов

Для любителей экспериментов этот материал представляет широкое поле для внедрения любых задумок: изготавливая бетонную смесь, можно использовать любые органические вещества. Так, вяжущими компонентами могут послужить водорастворимые смолы. Еще один вариант — использовать вместо смол ПВА, тогда эмульгатором будет поливиниловый спирт, который есть в его составе.

Некоторые используют при изготовлении измельченную древесину. Ее вымачивают в воде и обрабатывают озонатором, после чего закладывают в бетономешалку для соединения с другими компонентами, чтобы получить в итоге геополимерный бетон. Как сделать так, чтобы полученный раствор, приобретя нужную форму, быстрее затвердел? Для этого его заливают в опалубку с электродами, через которые затем в течение 60 минут воздействуют электротоком. Причем электричество берется не от сети напрямую, а пропускается через преобразователь. После того как обрабатываемый фрагмент затвердеет, с него снимают опалубку и изготавливают следующий элемент.

Приобретение готовых смесей

Далеко не каждому потребителю или мастеру нравится экспериментировать — многие предпочитают не делать строительный бетон, а приобретать уже готовый, тем более что никаких затруднений с поиском состава не возникает: уже более 4 лет в России выпускаются геополимерные бетоны на основе глинистого сырья РТ. Производители предлагают разные марки, стоимость которых зависит от количества компонентов и их пропорций. Приобрести стройматериал можно в виде сухих смесей, в которых нет затвердителя.

В продаже есть готовые составы и российского, и зарубежного производства. Их отличия – стоимость и скорость затвердевания.

Представляет интерес продукция следующих торговых марок России:

1. «Каменный цветок».
2. «Себряковцемент».
3. «Евроцемент груп».

Из зарубежных фирм пользуются популярностью материалы таких компаний:

1. Немецкая Heidelberger Cement.
2. Испанская GRUPOSUBDI.
3. Французская LAFARGE.

Достоинства готовых материалов

Сегодня можно приобрести уже готовые бетонные заготовки разных марок. Они изготавливают с учетом следующих показателей:

1. Водонепроницаемость – марки W 2-W 12.
2. Морозостойкость – марки от F 50 до F 300.
3. Прочность – марки от М 50 до М 500.

Кроме того, в готовых смесях — для удобства в работе — объем частей каждого вида наполнителей может варьироваться в зависимости от желаемого конечного результата. Цемент в геополимерный бетон тоже входит, но его часть заменяет зольная пыль. Ее количество должно равняться сумме частей щебня, песка и цемента.

характеристики, состав как сделать своими руками

Из всех новых видов искусственного камня особый интерес для частных и профессиональных застройщиков представляют марки, в которых минеральное вяжущее частично или полностью заменено смолами. Полимерные бетоны уступают цементосодержащим составам в цене и простоте приготовления, но в разы выигрывают в прочности, декоративности и стойкости к негативным воздействиям, их сфера использования постоянно расширяется.

Оглавление:

1. Технические параметры
2. Состав бетона
3. Область применения
4. Изготовление своими руками

Описание материала, свойства и характеристики

Большую часть основы полимерного бетона занимает инертный заполнитель, помимо стандартного щебня или гравия используются минеральная крошка, кварцевый песок, деревянная стружка, туф, слюда, перлит и помолы шлаков. К нежелательным компонентам относят продукты дробления доломитовых пород, металлическую пыль, известь и обычные марки цемента. Функции связующего выполняют термопластичные или термоактивные смолы, наиболее востребованными и доступными считаются эпоксидные и полиэфирные виды. Тип и вес фракций напрямую влияют на несущие и изоляционные качества полимербетонов, для тяжелых конструкций применяются смеси с зернами от 2 до 4 мм, литьевой камень получают при засыпке песка в пределах 1,5-2,5 мм.

Частной разновидностью этих материалов является геополимерный бетон, изготавливаемый на основе золы и шлаков. К его общим свойствам и характеристикам относят:

• Отсутствие усадки, конструкции не нуждаются в дополнительном уплотнении при заливке.
• Прочность на сжатие не менее 50 МПа, на изгиб – от 3 до 11, модуль упругости до 40000. Это позволяет использовать полимербетон при возведении домов с любой этажностью.
• Морозостойкость в пределах 300-500 циклов.
• Химическую устойчивость к воздействию агрессивных сред, включая кислоты. Способность к противостоянию коррозии.
• Низкий коэффициент теплопроводности – от 0,05 до 0,85 Вт/м·°C.
• Соответствие нормам пожарной, санитарной и гигиенической безопасности.
• Ускоренные сроки затвердевания.
• Простоту обработки и заливки, высокую пластичность.

Состав геобетона

К основным компонентам этой разновидности относят:

• Измельченный шлак, придающий прочность и продлевающий срок службы.
• Зольная пыль, предотвращающая процессы усадки и растрескивания и улучшающая показатели стойкости к негативным воздействиям. Оптимальные результаты достигаются при ее смешивании со шлаком в пропорции 50:50.
• Бесцветные кристаллы 10% гидроксида калия, являющиеся универсальным химическим соединением и обеспечивающие успешное протекание щелочных реакций.
• Жидкое стекло – еще один основной связующий ингредиент, выполняющий функции ускорителя.
• Чистая и холодная вода.

С целью упрочнения и повышения эластичности в состав могут вводиться любые полимерные добавки с доступной ценой, например, полиамидные смолы. Скорость схватывания напрямую зависит от доли жидкого стекла, при необходимости замедления процессов ее уменьшают. Аналогичный эффект достигается при добавлении в смесь буры. К обязательным требованиям технологии смешивания относят соединение компонентов в условиях низких температур, в противном случае качество геополимерного бетона будет сомнительным. С учетом недавнего появления этого материала на строительном рынке его точные пропорции еще подбираются. Наиболее востребованные рецепты:

Сфера использования

Эти составы востребованы при проведении интерьерных, ландшафтных и ремонтных работ, смеси и отвердители для их приготовления рекомендуют купить с целью заливки декоративных и малых архитектурных форм. Геополимерные бетоны подходят для конструкций любой направленности. Технология подходит как для обустройства наливных полов, так и для возведения стен с хорошими энергосберегающими способностями. Конкретная область применения зависит от консистенции и пропорций.

Многие из предлагаемых готовых марок относятся к специализированным, ярким примером являются профессиональные системы для закладки деформационных швов в сильно нагружаемых конструкциях Maurer Betoflex, ремонтные составы ЗАО «ПромКлюч», наливные полы Silikal, Ремстрой, Элакор и многие другие. Можно приобрести готовые изделия из полимербетона: столешницы, лестничные пролеты и облицовку, тротуарную плитку, водоотводные лотки, раковины и аналогичную сантехнику, фонтаны, барельефы и скульптуры. Такую основу имеют многие современные грунты и шпаклевки.

Как приготовить бетон своими руками?

Итоговые характеристики полимерных разновидностей напрямую зависят от точности пропорций и однородности структуры, для самостоятельного изготовления таких растворов целесообразно купить или взять в аренду весы и бетоносмеситель. При его отсутствии размешивают с помощью дрели со специальными насадками в термостойкой емкости, с учетом повышенной агрессивности отдельных компонентов применение СИЗ на всех этапах обязательно.

Технология предусматривает ввод всех сухих ингредиентов в жидкость, а не наоборот, придерживаются следующей схемы действий: заливка в чашу воды → ввод в равных пропорциях золы и шлака и перемешивание → добавление полимеров и повторное включение смесителя или миксера → распределение геобетона в формы, опалубку или по поверхности. К общим требованиям относят ведение работ в сухом и прохладном помещении, использование деревянной или нейтральной к воздействию щелочей лопатки для выгрузки раствора и хранение гидроксида калия исключительно в запакованном виде.

Соединяемые компоненты перемешиваются быстро, но аккуратно, правильно подготовленные смеси не имеют комков и сухих включений.

По аналогии с обычными марками срок набора прочности геобетона зависит от температурных условий (и ускоряется при прогреве электродами), но длительность этого процесса сокращена вдвое. В остальных случаях он окончательно затвердевает за 7-10 дней. Условия схватывания и набора прочности полимерных бетонов отличаются от цементосодержащих типов, в первую очередь – нормами влажности. Избыток нежелателен, он приводит к появлению и набуханию кристаллизованной пленки на поверхности стяжек или изделий.

состав, пропорция, рецептура, свойства, технология производства, формула

Безопасным и экологически чистым строительным материалом является геополимерный бетон или композитный, который представляет собой искусственный камень, полученный путем формирования и твердения компонентов природного происхождения, на что указывает приставка «гео». Из такого материала древние египтяне строили пирамиды и скульптуры, которые в наши дни не утратили своей прочности и величия.

Главной особенностью бетонной смеси является повышенные физико-механические и эксплуатационные характеристики.

Геополимерный бетон: состав и свойства

Геополимерный бетон имеет следующий состав:

1. Жидкое стекло.
2. Гидроксид калия 40-процентный.
3. «Летучая зола» или зольная пыль (зола уноса).
4. Шлаки.
5. Связующие и закрепляющие полимерные компоненты.
6. Вода.

Свойства такого материала значительно лучше по сравнению с портландцементом, а из большого перечня достоинств можно выделить:

1. Меньший вес по сравнению с обычным бетоном.
2. Хорошую устойчивость к коррозии.
3. Высокую экологичность.
4. Отсутствие парникового эффекта и трещин в структуре.
5. Низкую теплопроводность по сравнению с другими строительными материалами – стена из геоплимера толщиной 30 см приравнена к стене из кирпича толщиной 125 см.
6. Высокую плотность, создающую низкую усадку и проницаемость, которая приравнена к натуральному граниту.
7. Низкое количество выделяемых газообразных веществ – на 90% меньше, чем обычные бетоны.
8. Высокие показатели огнеупорности – выдерживает температуры до +1316°С, при которых сохраняется структура и прочность камня.
9. Хорошую степень эластичности, позволяющей создавать декоративные элементы с изящными формами.
10. Высокую прочность на сжатие и растяжение.
11. Устойчивость к воздействиям агрессивных сред и кислот.
12. Сравнительно дешевый стеновой материал.

Кроме всего прочего уникальная рецептура геополимерного бетона обеспечивает быстрое затвердевание и многократную цикличность «замораживания-оттаивания». Рекомендуем к ознакомлению статью о противоморозных добавках в бетон.

Технология производства геополимерного бетона

Все ингредиенты, используемые для приготовления геополимерного бетона, берутся в строго выверенной пропорции. Процесс смешивания проходит так же, как и при смешивании стандартных бетонных составов. Результатом химических соединений, которые происходят в составе на протяжении всего процесса приготовления, получается очень прочный монолит.

Но поиски оптимальной формулы геополимерного бетона, рецептуры и технологии ученые еще не закончили, поэтому продолжаются исследования, направленные на совершенствование и улучшение свойств экологически чистого материала. Узнайте пропорции керамзитобетонной стяжки и теплопроводность керамзитобетонного блока перейдя по соответствующим ссылкам.

Важно! Главной целью таких исследований является создание материала, который сможет применяться в любых сферах строительства (дорожной и жилищной). На протяжении нескольких десятков лет над формулой смеси работали ученые разных стран: подбирали оптимальный состав и рецептуру, которая сегодня доступна не многим производителям.

Массовое производство еще не налажено, но некоторые предприятия уже разработали собственные технические условия на изготовление тяжелых и мелкозернистых бетонов, железобетонов на основе геополимерных вяжущих (ТУ5870-006-30993911-2014). Технологию производства газобетона читайте в этой статье.

Несмотря на то, что геополимерный бетон в современном строительстве не является распространенным материалом, но за ним будущее, так как многочисленные достоинства и невысокая стоимость делают его актуальным и практичным. При изготовлении строительного материала одновременно решаются две жизненно важные проблемы: использование отходов и их утилизация. Пропорции бетона для фундамента узнайте тут.

Геополимерный бетон — Состав

Человечество, решая проблему переработки использованных отходов, пытается создавать экологически чистые строительные материалы. Качества, которыми обладает геополимерный бетон, в большой степени отличаются от других подобных материалов. Один из корней слова – «гео», что значит в переводе с греческого «земля», подтверждает, что при изготовлении нового бетона применяют исключительно натуральные ингредиенты.

Промышленное производство геополимерного бетона началось с 2012 года. Этот строительный материал состоит целиком из натуральных компонентов. Состав геополимерного бетона представляет собой композит, скомпонованный из зольной пыли, шлака, жидкого стекла, и других ингредиентов. При соблюдении определенного соотношения, все эти реагенты составляют монолит. При производстве раствора для геополимерного бетона необходимо использование низких температур.

Основные характеристики и свойства

1. Как утверждают специалисты, геополимерный бетон – материал будущего. Бетон производят с добавлением ранее неиспользуемых компонентов (зольная пыль), благодаря чему он обладает хорошими эксплуатационными качествами.
2. Этот бетон отличается меньшей, чем у портландцемента, усадкой и высокой прочностью на сжатие.
3. Один из наиболее ценных плюсов данного стройматериала – минимальное (до 90%) выделение бетоном парниковых газов.
4. Этот бетон проявляет хорошую устойчивость к кислотам и высоким температурам (выше, чем у привычного нам портландцемента). Способен выдержать температуру до 1300 градусов.
5. Геополимерный бетон отличается низкой проницаемостью, практически равной проницаемости гранита.

Зола, входящая в состав геополимерного бетона, является одним из отходов производства большинства предприятий. Для очищения окружающей нас среды от загрязнения отходами заводов — это огромное преимущество.

Вы можете купить геополимерный бетон на специализированном предприятии, или изготовить его самостоятельно.

Технология изготовления нового бетона нуждается в наличии и таких веществ, как жидкое стекло, шлак, гидроксид калия, и специальный затвердитель. Окончательное затвердение бетона происходит уже через неделю. Для сравнения: классический бетон достигает состояния полного затвердевания около месяца.

По своей структуре геополимерный бетон напоминает натуральный камень, а свойства его по сравнению с обычным бетоном значительно лучше. Поэтому, строительство из него конструкций своими руками не представляет особой сложности.

К содержанию ↑

Рецепт приготовления

Как сделать своими руками 0,5 л. геополимерного бетона?

Вам нужно смешать такие ингредиенты по этому рецепту:

• Шлак – 330 граммов.
• K2SiO3, или жидкое стекло – 120 граммов.
• Вода 55 граммов.
• Зольная пыль – 330 граммов.
• КОН 45% — 90 граммов.

Все составляющие геополимерного бетона имеются в продаже. Хотя цена приготовленного состава намного выше, чем изготовленной смеси с обычным портландцементом.

Геополимерный бетон, в отличие от привычного нам, применяется в заложении облегченных конструкций. У него более низкая теплопроводность. По качеству сохранения тепла, кирпичную стену толщиной в 125 см заменит стена из геополимерного бетона всего в 30 см толщиной. Это существенно снизит расходы на обогрев помещения.

Согласно отзывам специалистов в области строительства у этого продукта большое будущее.

Рекомендуем к прочтению:

состав, рецепт как сделать своими руками в домашних условиях

Геополимерный бетон — строительный материал, обладающий отличными потребительскими свойствами и качественными характеристиками. Он изготавливается из натуральных составляющих и абсолютно безопасен для человека и окружающей среды. Как правило, бетон выпускается в промышленных условиях, но его несложно сделать своими руками. Для этого потребуется наличие инструментов и компонентов согласно рецепту, а также строгое соблюдение техники безопасности.

Оглавление:

1. Особенности и основные характеристики
2. Состав
3. Как сделать геобетон?
4. Где используется?

Свойства

По фактуре и некоторым характеристикам геополимерный бетон схож с природным гранитом, поэтому его применение в строительстве оправдано. При возведении зданий он придает им высокие эксплуатационные свойства, не уступая традиционным бетонам на основе портландцемента. В сравнении с материалами искусственного происхождения, натуральный вариант выигрывает по многим параметрам, в первую очередь — по экологичности. В список достоинств включают следующие:

1. Малая усадка, что делает не обязательным длительное отстаивание конструкции перед последующей отделкой.

2. Высокая прочность на сжатие и растяжение, позволяющая строить многоэтажные здания.

3. Устойчивость к перепадам температуры. Не теряет своих свойств после неоднократного замораживания и размораживания.

4. Низкое выделение газов, создающих «парниковый эффект».

5. Отсутствие реакции при воздействии на бетон кислот и других агрессивных жидкостей.

6. Надежность и долговечность.

7. Огнеупорность и полная пожаробезопасность, геобетон выдерживает нагрев до 1316 °С без потери качественных и прочностных характеристик.

8. Крайне низкая паропроницаемость.

9. Легкость в обработке, запросто режется алмазными кругами.

10. Безопасность для здоровья в связи с отсутствием в составе токсинов и аллергенов.

11. Технология подразумевает использование при производстве бетона отходов промышленности, что поддерживает экосистему.

12. Уменьшенные сроки отвердевания раствора (в 2–3 раза, по сравнению с классическими). Геобетон набирает полную прочность за 7–10 дней.

13. Антикоррозийные свойства.

14. Возможность самому сделать состав из доступных компонентов, руководствуясь рецептом.

15. Сниженная цена геобетона, по отношению к традиционным растворам, при производстве которых применяется портландцемент.

16. Небольшой удельный вес.

17. Высокие теплосберегающие характеристики.

Технология получения в условиях предприятия

Натуральный геобетон производят из шлака и зольной пыли с добавлением жидкого стекла, гидроксида калия и воды. Все ингредиенты смешиваются в строгих пропорциях при низкой температуре, благодаря чему протекают нужные для набора прочности химические реакции. При соблюдении технологии, после затвердевания образуется полностью монолитная структура. Шлак в составе геобетона придает ему высокую прочность, а зола обеспечивает устойчивость к сжатию.

Геополимерный блок изготавливается с применением измельченной древесины, вымоченной в воде и обработанной озонатором. Полученную массу добавляют в бетономешалку к раствору и тщательно перемешивают. Бетон заливают в опалубку с присоединенными электродами и в течение часа воздействуют на него током. В процессе он затвердевает и превращается в монолитный блок. Опалубка снимается и используется для следующего фрагмента.

Компоненты геобетона

Гидроксид калия представляет собой бесцветные кристаллы, обладающие высокой гигроскопичностью. При попадании воздуха они быстро теряют свои свойства, поэтому фасуются в специальную упаковку и не подлежат хранению после ее вскрытия. Жидкое стекло, применяемое при производстве геобетона, выпускается в виде кристаллов. Встречается оно в магазинах, торгующих удобрениями, поскольку нужно для сельского хозяйства. Летучая зола вынимается из печи, в которой сгорает твердое топливо, или покупается на рынке. Шлак является частым отходом производства, перед использованием он измельчается до тонких фракций.

Вода, подходящая для геополимерного бетона, должна быть чистой и прохладной. В процессе смешивания происходит экзотермическая химическая реакция, и выделяемое тепло компенсируется низкой температурой жидкости. Полимерные добавки, например, клей ПВА, эпоксидная или полиамидная смола, придают бетону хорошую эластичность. Если необходимо снизить скорость твердения, то применяется декагидрат тетрабората натрия.

Приготовление своими руками

Однозначного ответа на вопрос: как сделать геополимерный бетон, не существует, так как пропорции, предлагаемые специалистами, разнятся и требуют экспериментального подхода. В домашних условиях используют те же компоненты, что и в промышленности, только они берутся в гораздо меньших количествах. Для производства геобетона рекомендуется выбрать прохладную сухую погоду. В подходящую термостойкую емкость помещаются ингредиенты и смешиваются до получения однородной пластичной массы, без включения уплотнений и комков сухого вещества. Удобно это делать, применяя дрель или перфоратор со специальной насадкой. Примерный рецепт для приготовления 1 кг геобетона (в граммах):

• Зольная пыль — 330.
• Шлак — 330.
• Жидкое стекло — 200.
• Вода — 55.
• КОН 45 % — 90.

Раствор производят небольшими порциями незадолго до применения, поскольку жидкое стекло, содержащееся в его составе, обеспечивает быстрое схватывание геобетона. При необходимости хранения готовой смеси, количество этого компонента уменьшают. Гидроксид калия очень агрессивен, поэтому во время работ обязательно использовать защитные очки, перчатки и респиратор. Геополимерный состав помещается в опалубку, которую желательно сделать с электролитами, тогда он затвердеет за сутки, в противном случае на это уйдет до 10 дней.

Сферы применения

Благодаря характеристикам геобетона, с его помощью возводятся сооружения любой высоты и конструкции. В помещениях создается комфортный для обитания людей микроклимат, в связи с его натуральностью и экологичностью. Толщина стен, по сравнению с кирпичными, уменьшается в 3 раза, а теплосберегающие свойства остаются на высоком уровне.

Абсолютная пожаробезопасность позволяет строить помещения общественного пользования и производственные здания. Пластичность и быстрое застывание геополимерного бетона дают неограниченные возможности при создании скульптур, памятников и барельефов.

Геополимерный бетон: состав и свойства

Содержание статьи:

Геополимерный бетон – это новый материал, который стал применяться в строительстве относительно недавно, и относится он к классу экологически чистых стройматериалов, так как в основе своей содержит природные элементы. Понятие «геополимер» было введено в обиход профессором Джозефом Давидовицем в 1978 году. А сам геополимерный бетон был разработан в Технологическом Университете Луизианы профессором Эрезом Эллоче и его помощниками.

Немного истории

Много говорят о том, что этот материал совсем не новый, что с применением геополимерного бетона были построены еще египетские пирамиды, и это научно доказанный факт. Но оставим этот вопрос историкам и археологам, пусть они разбираются. Нас же более интересуют аспекты современного строительства.

Геополимерный бетон имеет массу преимуществ перед обычным бетоном. Прежде всего он является экологически чистым материалом, и это уже существенно возвышает его над всеми прочими.

Состав материала

Многим интересно, из чего состоит геополимерный бетон. Состав его в основном такой: зольная пыль (так называемая «летучая зола»), шлак, жидкое стекло и скрепляющий элемент – гидроксид калия. Ученые во многих лабораториях мира до сих пор работают над составом и идеальными пропорциями этого материала.

Этот материал очень близок по структуре к натуральному камню, а свойства его в разы лучше, чем у обычного бетона. Он гораздо быстрее затвердевает, имеет большую эластичность и отличается высокой устойчивостью к термическим и химическим воздействиям, можно сказать, что именно он был бы идеальным бетоном для фундамента дома.

Можно ли его своими руками приготовить

Многие любители самосторя интересуются, как приготовить геополимерный бетон своими руками. В принципе, это возможно, в интернете вы найдете массу видео на тему «Лепим из геополимерного бетона» или что-то в этом роде.

Но по сути этот материал еще находится в разработке, поэтому точной рецептуры изготовления пока еще нет, а если и есть, то обнародовать её в интернете никто не собирается.

Но, несмотря на это, многие энтузиасты все же пытаются приготовить геополимерный бетон своими руками в домашних условиях, сравнивая его часто с пластификатором в бетоне. Но все равно внятной информации о рецептуре, пропорциях и способе изготовления не найти даже в сети.

Поэтому либо вам придется довольствоваться тем, что есть (вернее, чего нет), или же ждать, пока ученые доведут до ума уже имеющиеся у них технологии изготовления этого чудо-материала.

А видео в данной статье покажет вам геополимерный бетон совсем с другой стороны, и приоткроет еще одну тайну тех самых египетских пирамид.

Геополимерный цемент и геополимерный бетон — Институт геополимеров

Посмотрите БЕСПЛАТНЫЙ веб-семинар (продолжительность 2 часа 15 минут), охватывающий различные аспекты геополимерной науки с реальными приложениями, включая особое внимание геополимерному цементу и бетону, чтобы отметить его успех коммерциализация.

В недавнем техническом документе № 24 осуждаются ложные значения выбросов CO ₂ , опубликованные в нескольких научных статьях. См. «Ложные значения CO ₂ , опубликованные в научных статьях».

Геополимерный цемент часто смешивают со шлаком, активированным щелочами. Последний разрабатывался с 1956 г. в бывшем СССР (ныне Украина) Г.В. Глуховский. Щелочная активация, которая обычно выполняется с использованием коррозионных химикатов (см. Ниже «Удобство для пользователя»), используется исключительно для изготовления бетонов. Материалы, активируемые щелочью, не производятся отдельно и не продаются третьим лицам в качестве коммерческих цементов. Напротив, геополимерная технология с самого начала была нацелена на производство вяжущих и цементов для различных областей применения.

Видео подчеркивает основные различия между щелочно-активированными материалами / щелочно-активированными строительными материалами и геополимерами, перейдите к « Почему щелочно-активированные материалы НЕ являются геополимерами? “

Для получения подробной информации о геополимерных цементах и ​​бетонах на основе летучей золы см. Технический доклад № 22 на GEOASH: геополимерные цементы на основе летучей золы, а также недавно обновленную книгу« Геополимерная химия и приложения », главы 12, 24 и 25, а результаты европейского исследовательского проекта GEOASH — в следующем разделе.Вы также можете перейти в библиотеку геополимеров и загрузить несколько статей, например, # 21 Geopolymer Cement Review 2013, # 22 GEOASH, # 23 GP-AIRPORT .

В этом разделе мы разрабатываем:
a) Недавние промышленные разработки геополимерного бетона (100 000 тонн и +)
b) Удобную для пользователя концепцию геополимерного цемента.

100 000 тонн геополимерного бетона для аэропорта + эко-здание

Brisbane West Wellcamp Airport (BWWA), Toowoomba, Queensland , первый общественный аэропорт Австралии, построенный с нуля за 48 лет.BWWA начала полностью функционировать с коммерческими рейсами, выполняемыми Qantas Link в ноябре 2014 года. См. Наши Новости от 14 октября 2014 года, 70 000 тонн геополимерного бетона для аэропорта.

Этот проект знаменует собой очень важную веху в инженерии — крупнейший в мире проект по геополимерному бетону. BWWA был построен с использованием примерно 40 000 м ³ (100 000 тонн) геополимерного бетона, что делает его крупнейшим применением этого нового класса бетона в мире. Геополимерный бетон, разработанный компанией Wagners, известный как Earth Friendly Concrete (EFC), оказался хорошо подходящим для этого метода строительства из-за его высокой прочности на изгиб, низкой усадки и характеристик удобоукладываемости.Сверхпрочный геополимерный бетон толщиной 435 мм, используемый для разворотного узла, перрона и покрытия рулежных дорожек самолетов, принимает тяжелый груз Боинг 747 для регулярного воздушного сообщения между аэропортом Тувумба-Веллкемп BWWA и Гонконгом. Технические подробности см. В статье Glasby et al . (2015), EFC Геополимерные бетонные покрытия для самолетов в аэропорту Брисбен Вест Веллкэмп , в нашей библиотеке, Технический документ № 23 GP-AIRPORT. Технический доклад по геополимерному покрытию самолетов.

Проф.Визит Джозефа Давидовица в аэропорт Тувумба-Веллкемп.

3 октября 2015 года Джозеф и Ральф Давидовиц вылетели из аэропорта Сиднея в аэропорт Тувумба-Веллкэмп, чтобы посетить компанию Wagners.

Визит профессора Джозефа Давидовица в Институт глобальных изменений, Брисбен, Квинсленд, Австралия.

7 октября 2015 года Джозеф и Ральф Давидовитс вместе с Томом Гласби и Расселом Генрихом, компания Wagners, поехали из Тувумбы в Брисбен. Наша новость от 10 декабря 2013 года была озаглавлена ​​«Первое в мире общественное здание из конструкционного геополимерного бетона».Он представил первое в мире здание, успешно использующее геополимерный бетон для строительных целей, — Институт глобальных изменений, Университет Квинсленда, Брисбен, Квинсленд, Австралия. 4-этажное здание, предназначенное для общего пользования, состоит из 3 подвесных геополимеробетонных перекрытий из 33 сборных панелей. Они изготовлены из геополимерного бетона на основе шлака / летучей золы, изготовленного из экологически чистого бетона (EFC), торговой марки Wagners для их коммерческой формы геополимерного бетона.

Массовое производство геополимерного цемента

В геополимерном лагере 2009 г. в Сен-Кантене, Франция, проф.Джозеф Давидовиц выступил с программным докладом «Практические проблемы массового производства геополимерного цемента». Каковы ключевые проблемы и какие тупики? Что делать, чтобы сделать цемент, который снижает выбросы CO ₂ на 60-80%?

Основные доклады Дж. Давидовица в Geopolymer Camp в 2010, 2011, 2012, 2013, 2014 и 2015 годах содержат дополнительную информацию. Перейти к основным выступлениям геополимерного лагеря.

В недавно обновленной книге Geopolymer Chemistry & Applications несколько глав посвящены геополимерам, цементам и бетонам на основе метакаолина, горных пород и летучей золы, см. Главы 8, 9, 10, 11, 12, 24 и 25. .Вы также можете зайти в библиотеку геополимеров и скачать несколько статей.

Если мы сравним в микроскоп структуру раствора из обычного цемента с другим образцом из геополимера, мы заметим, что обычный цемент представляет собой грубую наложку зерен материи. Это вызывает трещины и слабые места. Напротив, геополимерный цемент (в черном цвете) гладкий и однородный. Фактически это обеспечивает превосходные свойства.

Удобные для пользователя геополимерные цементы

Хотя геополимеризация не зависит от токсичных органических растворителей, а только на воде, для нее требуются химические ингредиенты, которые могут быть опасными и, следовательно, требуют некоторых процедур безопасности.Правила безопасности материалов разделяют щелочные продукты на две категории:

• коррозионные продукты
• раздражающие продукты

Эти два класса можно распознать по соответствующим логотипам, представленным ниже.

В таблице перечислены некоторые щелочные химические вещества и соответствующие знаки безопасности. С коррозионно-активными продуктами следует обращаться в перчатках, очках и масках. Они враждебны пользователю и не могут быть реализованы в массовых приложениях без соответствующих процедур безопасности.Ко второй категории относятся портландцемент или гашеная известь, типичные массовые продукты. Геополимерные смеси, относящиеся к этому классу, также можно обозначить как User-friendly .

Когда в 1983 году в Центральной лаборатории американской компании Lone Star Industries мы начали исследования геополимерных цементов (пираментский цемент), мы решили выбрать щелочные условия, удобные для пользователя. (Na, K, Ca) -Poly (сиалат-силоксо) и K-Poly (сиалат) продукты (смолы, связующие и цементы) имеют начальное молярное соотношение SiO ₂ : M ₂ O в диапазоне от 1.От 45 до 1,85. К сожалению, этого не придерживаются другие ученые и техники, участвующие в разработке так называемых цементов, активируемых щелочами, особенно на основе летучей золы, с молярным соотношением в среднем ниже 1,0. Глядя только на соображения низкой стоимости, а не на вопросы безопасности и удобства для пользователя, они предлагают системы на основе чистого NaOH (8M или 12M). Например, в «Современном состоянии» по активированным щелочами цементам из летучей золы, ошибочно названным геополимерная технология , опубликованном в 2007 году, несколько ученых заявили, что систему чистого NaOH следует рассматривать в качестве эталона для зольной пыли. цементы (см .: Duxson P., Фернандес-Хименес А., Провис Дж. Л., Люки Г. К., Паломо А. и ван Девентер Дж. С. Дж., Геополимерная технология: современное состояние , J. Mater. Sci., 42, 2917-2933, 2007). Это враждебные пользователю условия для обычной рабочей силы, занятой на местах.

Наконец, компании отказываются поддерживать ответственность и платить высокие страховые взносы на основании таких устаревших процессов. Действительно, законы, постановления и директивы штатов требуют усиления защиты здоровья и протоколов безопасности для безопасности рабочих.Более подробная информация о геополимерном цементе на основе летучей золы представлена ​​на странице GEOASH, проект был направлен на разработку реального промышленного процесса, обусловленного этими ограничениями.

.

Необходимость в бетонном строительстве будущего

Применение связующего материала на полимерной основе может быть идеальным выбором для применения в гражданской инфраструктуре, поскольку обычное производство цемента требует больших затрат энергии. Более того, он также потребляет значительное количество природных ресурсов для крупномасштабного производства, чтобы соответствовать глобальному развитию инфраструктуры. С другой стороны, использование цементного бетона растет и требует поиска альтернативного вяжущего для изготовления бетона.Вяжущее на основе геополимера цементное связующее стало одним из недавних результатов исследований в области новейших технологий. Настоящее исследование направлено на обеспечение всестороннего обзора различных производственных процессов, связанных с разработкой геополимерного связующего. Другие исследования, проведенные в недавнем прошлом, показали, что большое внимание уделяется более широкому применению геополимерного связующего в сторону экономичной практики строительства. Это также предусматривает снижение глобального потепления за счет выбросов углекислого газа цементными заводами.

1. Введение

Исследования, проведенные в прошлом, показали, что геополимер на основе летучей золы стал многообещающей новой альтернативой цементу в области строительных материалов. Термин геополимер был впервые придуман и изобретен Давидовичем [1], который был получен из летучей золы в результате реакции геополимеризации. Это было получено в результате химической реакции алюмосиликатных оксидов (Si ₂ O ₅ , Al ₂ O ₂ ) с полисиликатами щелочных металлов с образованием полимерных связей Si – O – Al.Hardjito и Rangan [2] продемонстрировали в своих обширных исследованиях, что бетон на основе геополимера показывает хорошие механические свойства по сравнению с обычным цементным бетоном. Подробный анализ различных работ, выполненных с геополимерным бетоном, приведен в таблице 1.

Геополимер может быть произведен из основного сырья, содержащего кремнезем и минеральный состав, богатый глинозем. В нескольких исследованиях сообщалось о полезном использовании этих материалов в бетоне.В большинстве исследований изучается использование щелочных активаторов, содержащих гидроксид натрия и силикат натрия или гидроксид калия и силикат калия. Ченг и Чиу [3] сообщили о производстве геополимерного бетона с использованием шлака и метакаолина с гидроксидом калия и силикатом натрия в качестве щелочной среды. Palomo et al. [4] производили геополимеры с использованием летучей золы с гидроксидом натрия и силикатом натрия, а также с гидроксидом калия с комбинациями силиката калия. Результаты исследований показали превосходное образование геополимера со свойствами быстрого схватывания.Можно отметить, что присутствие кальция в летучей золе играет важную роль в развитии прочности на сжатие [5]. Присутствие ионов кальция обеспечивает более быструю реакционную способность и, таким образом, дает хорошее отверждение геополимера за более короткое время отверждения.

2. Предпосылки процесса геополимеризации

Реакция полимеризации лучше всего наблюдается в присутствии щелочной среды, такой как гидроксид натрия или гидроксид калия, и добавление силикатов может быть дополнительной ионной композицией с хорошими связующими эффектами.Реагенты в цепной реакции могут быть ускорены за счет более высокой молярной концентрации щелочных ионов; однако увеличение концентрации приводит к быстрой потере консистенции во время смешивания, что объясняется более быстрой реакцией полимера. Включение силиката натрия в раствор гидроксида натрия обеспечивает более высокое содержание силиката, благодаря чему образование геля, вероятно, обеспечит более быструю полимеризацию. Аналогичная реакция наблюдается в случае добавления силиката калия к раствору гидроксида калия.Известно, что обычная органическая полимеризация включает образование мономеров в данном растворе, в котором реакция может быть ускорена до полимеризации и образования твердого полимера. Процесс геополимеризации включает три отдельных процесса, и во время начального смешивания щелочной раствор растворяет ионы кремния и алюминия в сырье (летучая зола, шлак, микрокремнезем, бентонит и т. Д.). Также понятно, что молекулы гидроксида кремния или алюминия подвергаются реакции конденсации, при которой соседние ионы гидроксила от этих ближайших соседей конденсируются с образованием кислородной связи, связывающей молекулу воды, и видно, что каждая кислородная связь образуется в результате конденсации. реакции и тем самым связывает соседние тетраэдры Si или Al.Четкое представление цепной реакции, участвующей во время полимеризации, объясняется на рисунке 1 с фундаментальным пониманием из литературы.

Полимеры чувствительны к нагреванию и могут образовывать более прочную цепь из-за поликонденсации. Это отмечено из основной химической реакции, когда под воздействием тепла молекулы гидроксида кремния и алюминия поликонденсируются или полимеризуются с образованием жестких цепей или сеток из тетраэдров, связанных кислородом. Кроме того, при более высоких температурах образуется более прочный геополимер.Ионы алюминия требуют наличия металлических ионов Na ⁺ для баланса заряда. Давидовиц и Давидовичс [26] сообщили, что геополимеры могут быстро затвердеть при комнатной температуре и могут набрать прочность на сжатие до 20 МПа за 1 день. Comrie et al. [27] провели испытания геополимерных растворов и сообщили, что большая часть 28-дневной прочности была получена в течение первых 2 дней отверждения. Установлено, что геополимерный цемент кислотоупорный, поскольку, в отличие от портландцемента, геополимерный цемент не зависит от извести и не растворяется в кислых растворах.Большинство исследований пришли к выводу, что концентрация раствора NaOH играет наиболее важную роль в прочности геополимеров на основе летучей золы. Добавление оксида кальция вместе с гидроксидом натрия ускоряет геополимеризацию летучей золы. Guo et al. [28] провели экспериментальные исследования геополимеров на основе летучей золы класса C с использованием смешанного щелочного активатора из гидроксида натрия и раствора силиката натрия. Сообщалось, что высокая прочность на сжатие может быть получена, когда молярное отношение силиката к натрию равно 1.5, а массовая доля Na ₂ O в летучей золе класса F составляла 10%. Прочность на сжатие этих образцов составляла около 63 МПа при отверждении при 75 ° C в течение 8 часов с последующим отверждением при 23 ° C в течение 28 дней.

Летучая зола с низким содержанием кальция предпочтительнее, чем летучая зола с высоким содержанием кальция (ASTM класс C) для образования геополимеров, поскольку присутствие кальция в большом количестве может повлиять на процесс полимеризации [29]. Пригодность различных типов летучей золы может быть потенциальным источником для изучения типа и эффективности реакции геополимеризации.Также сообщалось, что реакция геополимеризации может быть эффективной в летучей золе с низким содержанием кальция в зависимости от того, содержит ли она несгоревший углерод менее 5% и 10% содержания CaO, реактивного кремнезема около 40–50% и частиц мельче 45 микрон [30] . Однако об этом сообщили Van Jaarsveld et al. [5], летучая зола с более высоким содержанием CaO обеспечивает более высокую прочность на сжатие из-за образования гидрата алюмината кальция и других соединений кальция, особенно в раннем возрасте. Наиболее предпочтительный щелочной раствор, используемый при геополимеризации, представляет собой комбинацию гидроксида натрия (NaOH) или гидроксида калия (КОН) и силиката натрия или силиката калия [4, 31–35].

Palomo et al. [4] сообщили, что реакции происходят с высокой скоростью, когда щелочная жидкость содержит растворимый силикат, силикат натрия или калия, по сравнению с использованием только щелочных гидроксидов. Сюй и ван Девентер [33] подтвердили, что добавление раствора силиката натрия к раствору гидроксида натрия в качестве щелочной жидкости усиливает реакцию с летучей золой. Кроме того, геополимеризация с раствором NaOH привела к более высокому растворению минералов, чем раствор КОН.Комбинация гидроксида натрия и раствора силиката натрия после отверждения образцов в течение 24 часов при 65 ° C обеспечила более высокую прочность [33]. Сообщалось, что пропорция щелочного раствора к порошку алюмосиликата по массе должна составлять приблизительно 0,33, чтобы могли происходить геополимерные реакции. Щелочные растворы мгновенно образовывали густой гель при смешивании с порошком алюмосиликата. Предыдущие исследования также показали, что смеси с высоким содержанием воды, то есть H ₂ O / Na ₂ O = 25, обладают очень низкой прочностью на сжатие.Palomo et al. [4] сообщили, что температура отверждения является важным показателем увеличения прочности геополимеров на основе летучей золы и улучшает механическую прочность. Было обнаружено, что более высокая температура отверждения и оптимальное время отверждения влияют на увеличение прочности на сжатие геополимерного бетона. Было доказано, что щелочная жидкость, содержащая растворимые силикаты, увеличивает скорость реакции по сравнению со щелочными растворами, содержащими только гидроксид.

3. Долговечные свойства геополимерного бетона

Геополимерные изделия обладают хорошей устойчивостью к погодным условиям; однако они не устойчивы к воздействию высоких температур выше 400 ° C.Несколько экспериментальных исследований показали, что образцы геополимерного бетона, погруженные в серную и хлорную кислоты, оказались устойчивыми к воздействию кислоты. В то время как портландцемент показал нежелательную реакцию и приводил к ухудшению качества поверхности с последующей потерей веса (Давидовиц, 1994). Обширные исследования также показали, что термоотверждаемый геополимерный бетон на основе золы-уноса обладает отличной стойкостью к сульфатному воздействию из-за образования более прочной полимерной цепи из-за реакции поликонденсации.Эффекты кислотного воздействия также вызывают снижение прочности на сжатие термоотверждаемого геополимерного бетона; степень разложения зависит от концентрации кислотного раствора и продолжительности воздействия. Однако стойкость к серной кислоте термоотверждаемого геополимерного бетона значительно выше, чем у портландцементного бетона, как сообщалось в более ранних исследованиях.

Несколько исследований показали, что добавление волокон является эффективным методом улучшения механических характеристик хрупкого материала, такого как бетон, за счет обеспечения механизма остановки трещин [36].Были проведены ограниченные исследования для анализа влияния фиброармирования на геополимерный бетон. Дальнейшие исследования необходимы для изучения влияния стальных и стеклянных волокон на геополимерный бетон, которые будут изучаться систематически. Кроме того, хорошо известно, что повышение вязкости разрушения обеспечивается, по существу, за счет образования перемычек волокон вблизи раскрытия трещины перед ее распространением. Линейно-упругое поведение матрицы не могло существенно измениться для волокон с малым объемом.Однако поведение после растрескивания может быть существенно изменено с увеличением прочности, ударной вязкости и долговечности материала. Дальнейшее исследование должно быть сосредоточено на влиянии добавления волокна на характеристики геополимерного бетона после образования трещин.

4. Резюме

Из проведенных ранее исследований стало ясно, что имеется хорошая научная информация по оценке химических и физических свойств геополимерного бетона. Также очень мало работ было опубликовано о влиянии фибробетона на геополимерный бетон.Необходимы дальнейшие исследования для изучения сопротивления разрушению этого хрупкого композита. Добавление стекловолокна может продемонстрировать разумное улучшение прочностных свойств геополимерного бетона благодаря свойствам деформационного упрочнения при разрушении. Для выбора комбинации и дозировки щелочи для летучей золы необходимо тщательно изучить концентрацию и тип щелочи. Влияние щелочных активаторов на скорость отверждения геополимеров при различных режимах отверждения должно быть хорошо документировано.Режим отверждения на упрочняющие свойства геополимерного бетона требует особого внимания для улучшения прочностных свойств. Скорость увеличения прочности при различных режимах отверждения необходимо исследовать с помощью измерений скорости ультразвуковых импульсов. Механические характеристики образцов геополимерного бетона при повышенной температуре (600–800 ° C) должны быть оценены для проверки его потенциальных применений в качестве жаропрочного строительного материала.

Авторские права

Авторские права © 2013 K.Шринивасан и А. Сивакумар. Это статья в открытом доступе, распространяемая по лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

.

Исследование долговечности геополимерного бетона на основе высококальциевой летучей золы

Это исследование представляет собой исследование долговечности геополимерного бетона, приготовленного с использованием летучей золы с высоким содержанием кальция вместе со щелочными активаторами при воздействии 2% раствора серной кислоты и 5% сульфата магния в течение до 45 дней. Прочность также оценивали путем измерения водопоглощения и сорбционной способности. Обычный портландцементный бетон также был приготовлен в качестве контрольного бетона. Для исследования были выбраны степени M20, M40 и M60.Щелочной раствор, используемый для настоящего исследования, представляет собой комбинацию силиката натрия и раствора гидроксида натрия с соотношением 2,50. Молярность гидроксида натрия была зафиксирована равной 12. Образцы для испытаний представляли собой кубики мм, цилиндры мм и диски, отвержденные при температуре окружающей среды. Наблюдалось ухудшение состояния, плотность и прочность поверхности в течение 14, 28 и 45 дней. Сравнивались и обсуждались результаты геополимерного и обычного портландцементного бетона. После 45 дней воздействия раствора сульфата магния снижение прочности составило до 12% для геополимерного бетона и до 25% для обычного портландцементного бетона.После того же периода воздействия раствора серной кислоты снижение прочности на сжатие составило до 20% для геополимерного бетона и до 28% для обычного портландцементного бетона.

1. Введение

Бетон является широко используемым строительным материалом для различных типов конструкций из-за его прочности. Снижение выбросов углекислого газа при производстве цемента может внести значительный вклад в отключение глобального термостата. В строительстве для производства цемента и бетона поощряется использование отходов, поскольку это способствует сокращению потребления природного сырья как ресурса, а также сокращению выбросов парниковых газов [1].Геополимерный бетон на основе летучей золы, состоящий из летучей золы, песка, крупного заполнителя и щелочного раствора гидроксида натрия и силиката натрия, играет важную роль в экологическом контроле парниковых эффектов [2]. Поскольку геополимерный бетон является новым материалом для строительства, информации о долговечности геополимерного бетона очень мало. Срок службы и долговечность бетонной конструкции сильно зависят от ее свойств переноса материала, таких как проницаемость, сорбционная способность и коэффициент диффузии [3].Проницаемость контролирует разрушение бетона в агрессивной среде, так как процесс разрушения бетона, например, карбонизации и воздействия хлоридов и сульфатов, определяется транспортировкой жидкости в бетоне [4].

Прочность бетона также является важным требованием для работы конструкции в агрессивных средах. Кислотостойкость — одно из важнейших свойств конструкционных материалов [5]. Известно, что сульфатная атака вызывает значительную деградацию бетонных конструкций.Поэтому большое внимание было уделено обеспечению адекватной защиты бетона от контакта с окружающей средой с высоким содержанием сульфат-ионов [6].

Долговечность геополимерного бетона на основе щелочно-активированного шлака, как сообщается, имеет превосходную долговечность в агрессивных средах по сравнению с обычным портландцементным (OPC) бетоном [7]. Образцы геополимерных растворов на основе летучей золы, изготовленные с различным содержанием щелочи, показали разную степень разрушения при воздействии серной кислоты [8].Геополимерный бетон обладал высокой устойчивостью к серной кислоте с точки зрения очень низкой потери массы, менее 3% [9]. Геополимер, изготовленный из золы-уноса класса F, обработанный 5% -ным раствором серной кислоты, показал наилучшие характеристики и потерял 1,96% массы [10]. Геополимер, погруженный в 5% -ную серную кислоту, показал лучшие характеристики, что было связано со стабильной структурой сшитого алюмосиликатного полимера [11]. На основании литературных источников было отмечено, что геополимерный бетон демонстрирует очень хорошие характеристики с точки зрения долговечности.В данной статье представлено исследование долговечности геополимерного бетона на основе золы-уноса класса C, подверженного воздействию серной кислоты и раствора сульфата магния.

2. Значимость исследований

Одним из важных этапов синтеза геополимеров является отверждение в сухих или паровых условиях, поэтому до недавнего времени основное внимание в исследованиях уделялось термически отверждаемым геополимерным композитам, обычно синтезируемым из одного исходного материала. Большинство исследовательских статей касается только активированной щелочью летучей золы класса F. Литература либо скудна, либо умалчива в отношении синтеза геополимеров с использованием летучей золы с высоким содержанием кальция.Кроме того, возможность отверждения и развития прочности в условиях окружающей температуры очень важна с точки зрения практического применения. Вряд ли существует немного исследований, посвященных долговечности геополимерного бетона на основе золы-уноса, отверждаемого в условиях окружающей среды. С учетом вышеизложенного, настоящая исследовательская статья приобретает значимость. В статье представлено исследование долговечности золы-уноса класса С в качестве связующего компонента при производстве геополимерного бетона, отверждаемого в условиях окружающей среды.

3. Материалы и методы

3.1. Материалы

Зола уноса класса C была получена от Neyveli Lignite Corporation, имея удельный вес 2,1 и удельную поверхность 319 кг / м. Использовали ² . Химический состав летучей золы показан в Таблице 1. Для активации летучей золы в качестве щелочного активатора использовали технический гидроксид натрия (NaOH) и силикат натрия (Na ₂ SiO ₃ ). Доступный на месте речной песок в виде мелкого заполнителя с удельным весом 2,64 и крупного заполнителя с удельным весом 2.60 из них были использованы для изготовления геополимерного бетона.

3.2. Процедуры испытаний

Все образцы геополимерного бетона на основе летучей золы (GPC) были приготовлены с отношением щелочного раствора (силикат натрия к гидроксиду натрия) 2.5 по массе, так как прочность была максимальной при соотношении гидроксида натрия и силиката натрия 2,5 [12]. Выбранные марки бетона основывались на ИС 456-2000. Молярность гидроксида натрия была выбрана равной 12. Пропорция смеси для геополимерного бетона приведена в таблице 2. И грубые, и мелкие заполнители использовались в сухом состоянии с насыщенной поверхностью. Зольную пыль и агрегаты сначала перемешивали в поддоне в сухом виде. Затем добавляли щелочной раствор, содержащий гидроксид натрия и силикат натрия, и перемешивали.Были отлиты кубические образцы размером мм и цилиндр размером мм. После литья образцы покрывали листами полиэтилена, чтобы избежать испарения. Образцы для испытаний были оставлены для отверждения при комнатной температуре от 28 ° C до 31 ° C. Образцы OPC были также подготовлены для сравнения.

Проведены испытания сорбционной способности для цилиндрических образцов диаметром 100 мм и высотой 50 мм в соответствии с ASTM C1585-04. После извлечения из формы цилиндры были погружены в воду на 45 дней. После отверждения образцы сушили в печи в течение 24 часов при температуре 110 ° C.Образцы погружали в воду с уровнем не более 5 мм над основанием образца, и поток с периферийной поверхности предотвращается путем герметизации ее надлежащим образом непоглощающим покрытием для поддержания одноосного потока воды во время испытания. Было измерено количество воды, абсорбированной за 30 минут. Наконец, коэффициент сорбционной способности был рассчитан с использованием следующих уравнений: где — сорбционная способность в мм, а — прошедшее время в мин. Рассмотрим изменение веса, которое равно, где — сухой вес цилиндра в печи в граммах, а — вес цилиндра после 30 минут капиллярного всасывания воды в граммах, — площадь поверхности образца, через которую проникла вода, и — плотность воды.

Для испытания на водопоглощение миллиметровые цилиндры после литья были погружены в воду на 45 дней отверждения. Затем эти образцы сушили в печи в течение 24 часов при температуре 110 ° C, пока масса не стала постоянной, и снова взвешивали. Этот вес был отмечен как сухой вес () цилиндра. После этого образец выдерживали в горячей воде при 85 ° C в течение 3,5 часов. Затем вес был записан как влажный вес () цилиндра. Рассмотрим, где находится сухой вес цилиндра в граммах и вес цилиндра в граммах после 3.5 часов.

Реакция образцов геополимера и обычного цементного бетона в среде серной кислоты и сульфата магния была изучена путем погружения образцов в 2% -ный раствор серной кислоты [13] и 5% -ный раствор сульфата магния [14] отдельно после 7 дней заливки. Выбор раствора и концентрации был основан на практическом использовании бетона в качестве строительного материала в канализационных трубах, горнодобывающей и пищевой промышленности. Образцы держали полностью погруженными в эти растворы, имея четырехкратный объем образцов в течение 45 дней.Растворы еженедельно заменяли свежими, чтобы поддерживать концентрацию раствора [15]. Воздействие этих растворов на образцы регулярно контролировалось посредством визуального осмотра, измерения изменения веса и испытания на прочность. Образцы для испытания на изменение веса были погружены в воду на 3 дня перед погружением в эти растворы, и их сухая масса насыщенной поверхности считалась начальной массой. Эти образцы были извлечены из раствора и взвешены на различных стадиях воздействия в тех же условиях, что и конечный вес.

4. Результаты и обсуждение

4.1. Сорбционная способность

Сорбционная способность — это мера фронта поглощения воды через ненасыщенный бетон при капиллярном всасывании. Результаты испытаний сорбционной способности представлены на Рисунке 1. Добавление пуццолана, такого как летучая зола, уменьшает средний размер пор и приводит к получению менее проницаемой пасты, которая помогает в достижении высокой прочности, низкой проницаемости и долговечности бетона [16]. Минимизация сорбционной способности важна для уменьшения попадания хлоридов или сульфатов в бетон [17].Сорбционная способность геополимерного бетона увеличивается с увеличением марки. Увеличение содержания золы уноса увеличивает сорбционную способность [18]. Образцы с более низкой сорбционной способностью и водопоглощением показали более высокую остаточную прочность на сжатие [19], что можно наблюдать в текущем исследовании.

4.2. Водопоглощение

Тенденция, показанная на Рисунке 2, показывает, что водопоглощение линейно увеличивается в зависимости от марки геополимерного бетона. Увеличение водопоглощения указывает на наличие более высокого содержания пустот из-за незавершенного процесса геополимеризации.Более низкое водопоглощение наблюдалось в геополимерном бетоне по сравнению с обычным портландцементным бетоном. Присутствие более высокого содержания кремнезема приводит к образованию большего количества алюмосиликатного геля и обеспечивает очень хорошее связывание между частицами. Следовательно, силикат занимает пустоты между частицами летучей золы, что снижает водопоглощение [20].

4.3. Устойчивость к сульфатной атаке

На рисунке 3 показан внешний вид образцов геополимерного бетона после погружения в растворы сульфата магния.Было отмечено, что внешний вид образцов геополимерного бетона был в некоторой степени аналогичен по сравнению с образцами бетона OPC. Образцы геополимерного бетона не претерпели значительных изменений внешнего вида после 45 дней воздействия растворов сульфата магния. Однако образцы, казалось, были слегка повреждены на поверхности и по краям образцов в дополнение к большему количеству пор. Присутствие высолов на поверхности наблюдалось из-за присутствия продуктов гидратации с высоким содержанием кальция в образцах геополимера, как показано на рисунке 5.Атака сульфата на ионы магния приводит к осаждению гипса и декальцинированию C-S-H, что разрушает связывающую способность C-S-H и приводит к потере адгезии и прочности в бетоне [6]. Продукт гидратации кальция был восприимчив к воздействию кислотного раствора и, если он присутствовал в большом количестве, должен вызвать разрушение строительного раствора. Таким образом, образцы геополимерного бетона и образцы бетона OPC показали износ и износ на поверхности и краях.Как видно из рисунка 1, образцы M40 и M60, погруженные в сульфат магния, имеют аналогичный внешний вид, за исключением M20. На образцах марок М40 и М60 видны признаки небольшого износа, белые отложения, тогда как на образцах марки М20 можно увидеть только потерю глянцевого вида. Из рисунка 6 видно, что внешний вид образцов OPC после 45 дней воздействия не показал заметных изменений внешнего вида образцов.

На рисунке 7 представлена ​​плотность образцов, подвергшихся воздействию сульфата магния до 45 дней для марок M20, M40 и M60.После 45 дней воздействия плотность образцов геополимерного бетона постепенно уменьшалась с увеличением времени. Уменьшение плотности для всех марок наблюдалось в диапазоне от 4 до 6% в OPC, тогда как при воздействии сульфата магния оно составляло от 2 до 3% в GPC. Образование гипса в результате реакций катионного обмена также может вызывать расширение, но обычно связано с потерей массы и прочности [21].

Остаточная прочность на сжатие была использована для оценки кислотостойкости геополимерного бетона из-за шероховатой поверхности и обнаженного заполнителя после погружения в кислоту.Геополимерный бетон остается неизменным. Прочность на сжатие использовалась для оценки влияния кислотного воздействия на механические характеристики. Как видно из рисунка 9, снижение прочности было значительным для всех марок, кроме M20. Потеря прочности геополимерного бетона измерялась в диапазоне 5–12%, тогда как в случае OPC она составляла от 5 до 25%. В присутствии гидроксида кальция, образующегося в цементном тесте, когда последний вступает в контакт с ионами сульфата, глиноземсодержащие гидраты превращаются в эттрингит с высоким содержанием сульфата.Эти кристаллы эттрингита растут, расширяются или набухают за счет механизмов. Остаточная несущая способность указывает на то, что некоторые связи все еще существуют, даже когда образец был нейтрализован кислотой [22]. Кроме того, очень интересно сравнить кислотостойкость разных марок. Высокое содержание кальция в исходном материале делает основные продукты геополимеризации менее восприимчивыми к сульфатной атаке [23]. Следовательно, M20 имеет более высокую прочность на сжатие, чем другие марки.

4.4. Устойчивость к серной кислоте

На рисунке 4 показан физический внешний вид образцов геополимеров M20, M40 и M60 после 45 дней погружения в серную кислоту.Образцы выглядели слегка поврежденными на поверхности и по краям образцов, и агрегаты были отчетливо видны. Также наблюдались мелкие локальные трещины. Было замечено, что поверхность образцов была сильно съедена и отчетливо видны агрегаты. Образцы M20 в 2% -ном растворе серной кислоты были не так сильно повреждены по сравнению с другими марками. На рис. 6 показан внешний вид образцов OPC после 45 дней воздействия, при этом заметных изменений внешнего вида образцов не наблюдается.

На рисунке 8 представлена ​​плотность образцов, подвергшихся действию серной кислоты до 45 дней для марок M20, M40 и M60. После 45 дней воздействия плотность образцов геополимербетона постепенно уменьшалась с увеличением периода воздействия. Уменьшение плотности наблюдалось в диапазоне от 5 до 7% в OPC, тогда как оно составляло примерно от 2,5 до 4% в GPC при воздействии серной кислоты. Уменьшение плотности произошло в первую очередь из-за реакции между представленными образцами гидроксида кальция и кислотой, которая может вызвать растягивающее напряжение, приводящее к растрескиванию и образованию окалины в бетоне [24].Кроме того, кремнийсодержащие соединения в летучей золе вступили в реакцию с образованием более стабильного продукта C-S-H, который дополнительно заполнил поры в строительных растворах [25].

Снижение плотности также зависело от крупности летучей золы [26]. Небольшие частицы летучей золы позволили получить более плотную упаковку смеси. Поэтому образцы геополимера имели более низкую плотность. Поверхность частиц летучей золы не была гладкой и поэтому обеспечивала хорошее сцепление и приводила к меньшей потере веса из-за воздействия серной кислоты.

На рис. 10 показано изменение прочности на сжатие образцов, подвергшихся воздействию раствора серной кислоты. У образцов геополимерного бетона потеря прочности составила 12–20% после 45 дней воздействия серной кислоты. Это может быть связано с разрывом алюмосиликатной связи в геополимерном бетоне, вызванным воздействием серной кислоты [10], потому что алюмосиликатная связь важна, поскольку она придает прочность геополимерному бетону. Напротив, образцы бетона OPC имели потерю прочности 18–28% под воздействием серной кислоты.Скорость падения прочности снижалась с увеличением содержания летучей золы [27]. Среди геополимерных бетонов М20 показал себя значительно лучше других. Высокое содержание золы-уноса подвергалось меньшей геополимеризации и меньшей гидратации, связанной с кальцием, по сравнению с таковыми с меньшим количеством золы-уноса, как показывают результаты прочности [28]. На рисунках 11 и 12 показаны плотность и прочность на сжатие ОРС.

.