Долговечность геополимерных строительных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Долговечность геополимерных строительных материалов

Володин В.М., Ерошкина Н.А., Коровкин М.О., Чамурлиев М.Ю.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

Проведен анализ факторов, определяющих долговечность геополимерных бетонов. Установлено, это этот материал обладает достаточной для эксплуатации в умеренном климате морозостойкостью. Для повышения его стойкости к морозному разрушению и коррозионному разрушению наиболее перспективным направлением является технология бетонполимера.

Ключевые слова: геополимерный бетон, долговечность, морозостойкость, коррозионная стойкость, бетонполимер, газообразующие добавки.

Analysis of the factors which determine the durability of geopolymer concretes was carried out. It was established that this material has sufficient frost resistance in a temperate climate. It was shown that technology of betonopolymer is the most promising direction for increasing the resistance of geopolymer concrete to frost damage and corrosion destruction.

Keywords:geopolymer concrete, durability, frost resistance, corrosion resistance, betonopolymer, gas-forming agent.

Геополимерные вяжущие рассматриваются многими авторами в качестве ресурсосберегающей альтернативы портландцемента [1,2,4,6-8,12,14]. В связи с этим предполагается, что для применения геополимерных бетонов в строительстве его характеристики должны быть сопоставимы с характеристиками традиционных бетонов. Проведенные в настоящее время исследования свойств некоторых видов геополимерных вяжущих и бетонов на их основе, а также их опытно-промышленное применение позволяют сделать вывод о том, что они могут быть использованы для производства строительных конструкций [2,4,6,8,12]. В тоже время отмечается, что недостаточная изученность долговечности геополимерных бетонов относится к числу факторов, сдерживающих распространение этих материалов в строительстве [3,5,12, 13].

Для железобетонных конструкций основным фактором, который определяет их долговечность, является стойкость к различным видам коррозии [13]. Стойкость бетонов к коррозии определяется не только реакционной активностью коррозионных агентов по отношению к компонентам геополимерного камня. Определяющее значение для коррозионной стойкости и стойкости к морозному воздействию имеет поровая структура материала, от которой в значительной степени зависит проникновение коррозионно-активных сред в бетон. Кроме того, образование трещин в бетоне в результате усадочных явлений и силового воздействия также оказывает значительнее влияние на долговечность бетона [13].

Исследования геополимерного бетона на основе измельченных отходов добычи и переработки магматических горных пород показали, что, несмотря на деструктивные процессы, протекающие в этом материале при циклическом насыщении водой и высушивании, а также замораживании и оттаивании, бетон способен продолжительное время противостоять действию негативных факторов. При сопоставлении установленных характеристик исследуемого бетона со свойствами портландцементного бетона можно прогнозировать высокую долговечность геополимерного бетона [11].

Геополимерный бетон на основе магматических горных пород с добавкой шлака характеризуется высокой усадкой (см. рис. 1) [9]. Особенно велики значения аутогенной усадки на начальных этапах твердения [10]. Это может являться причиной образования трещин в конструкциях и повышения проницаемости геополимерного бетона для коррозионных агентов. Наибольшее влияние на усадку геополимерного бетона оказывает расход воды и активатора твердения. В связи с этим при проектировании состава бетона и назначении режима твердения основное внимание необходимо уделять снижению усадки, что предотвращает образование трещин и повышает долговечность бетона.

морозостойкость геополимерный бетон добавка

Рисунок 1. Усадочные деформации бетона после тепловлажностной обработки для составов с различным расходом воды при дозировке активатора: а - 12,5 %; б - 16,5 % от массы вяжущего

Исследования морозостойкости геополимерного бетона показали, что он выдерживает более 200 циклов замораживания и оттаивания в солевом растворе, что соответствует требованиям к бетонам с марками по морозостойкости F1600 и F2200. В связи с этим такой бетон может быть использован для большинства конструкций в гражданском, промышленном и дорожном строительстве в районах с мягким и умеренным климатом.

Несмотря на существующую потребность повышения морозостойкости геополимерного бетона для его использования пока не разработаны методы решения этой задачи. Применение технических решений повышения морозостойкости, которые используются для портландцементных бетонов, а именно - введение в состав бетона традиционных в технологии портландцементного бетона водоредуцирующих и воздухововлекающих добавок для геополимерных бетонов неэффективно. Это связано с тем, что перечисленные добавки в гиперщелочной среде геополимерного вяжущего не работают.

Несмотря на невозможность использования известных водоредуцирующих и воздухововлекающих добавок для регулирования поровой структуры геополимерного бетона, общие закономерности, установленные для портландцементных бетонов, могут быть использованы для повышения морозостойкости новых видов бетона. В связи с этим целесообразно провести поиск поверхностно-активных диспергаторов сильнощелочных дисперсных систем, которые могут быть использованы в качестве водоредуцирующих добавок и снизить капиллярную пористость геополимерного камня.

Для снижения пористости могут быть использованы полимерные материалы для пропитки бетона и кольматации пор. Имеющийся опыт по использованию этих добавок для портландцементных бетонов показывает, что технология бетонополимеров достаточно затратна. Однако она позволяет значительно повысить коррозионную и морозную стойкость бетона. Решение вопросов целесообразности применения технологии бетонополимеров для повышения долговечности строительных изделий и конструкций должно каждый раз рассматриваться индивидуально с учетом экономического и технического эффекта. Применение этих технологий будет оправдано в тех случаях, когда повышение стоимости конструкции существеннее ниже, чем затраты на ее ремонт или замену. Наиболее перспективными областями применения для бетонополимеров являются сооружения, вывод из эксплуатации которых на время ремонта связан с существенными экономическими потерями или недопустим по другим причинам, например в мостах, туннелях и других ответственных сооружениях.

В связи с тем, что известные воздухововлекающие добавки неэффективны в бетонах, приготовленных на основе вяжущего щелочной активации, то для создания поровой структуры, обеспечивающей высокую морозостойкость, могут быть использованы газообразующие добавки. Для поиска и исследования этих добавок необходимо проведение исследований в этом направлении.

Для регулирования проницаемости геополимерных бетонов могут быть использованы суперабсорбирующие полимеры. Эти материалы способны эффективно регулировать инфильтрацию жидких сред через бетон, что важно для снижения проникновения коррозионных агентов в бетонную конструкцию. Однако эффективность этих добавок в значительной степени зависит от содержащихся в воде веществ.

Выводы

Геополимерный бетон обладает достаточной для эксплуатации в умеренном климате морозостойкостью. Для повышения его стойкости к морозному и коррозионному разрушению, что позволит эксплуатировать этот материал в условиях сурового климата и действия коррозионных сред, наиболее перспективным направлением является технология бетонполимера. Эта технология позволит гарантированно снизить проницаемость геополимерного бетона для воды и растворов коррозионно-активных веществ. Повышение морозостойкости за счет использования газообразующих добавок и оптимизации структуры пор требует дополнительных исследований.

Список литературы

1. Davidovits J. 30 Years of Successes and Failures in Geopolymer Applications. Market Trends and Potential Breakthroughs // Geopolymer 2002 Conference, October 28-29. Melbourne, Australia, 2002.

2. Davidovits J. Geopolymer chemistry and applications. 3rd edition. - France, Saint-Quentin: Institute Geopolymer, 2011. 614 p.

3. Fernando P.T., Said J. Resistance to acid attack, abrasion and leaching behavior of alkaliactivated mine waste binders // Materials and Structures. 2011. Vol. 44. P. 487-498.

4. Gourley J.T., Johnson G.B. Developments in geopolymer precast concrete // Proceedings of the International Workshop on Geopolymers and Geopolymer Concrete, Perth, Australia. 2005. P.139-143.

5. Shaikh F.U.A. Effects of alkali solutions on corrosion durability of geopolymer concrete // Advances in Concrete Construction. 2014. Vol. 2, No. 2. P. 109-123.

6. Sumajouw D. M. J., Hardjito D., Wallah S. E., Rangan B. V. Fly ash-based geopolymer concrete: study of slender reinforced columns // Journal of Materials Science. 2007. Vol. 42, № 9. Р. 3124-3130.

7. Sumajouw D. M. J., Hardjito D., Wallah S. E., Rangan B. V. Fly ash-based geopolymer concrete: study of slender reinforced columns // Journal of Materials Science. 2007. Vol. 42, № 9. Р. 3124-3130.

8. Sumajouw M.D.J., Rangan B.V. Low-calcium fly ash-based geopolymer concrete: reinforced beams and columns // Research Report GC 3 / Faculty of Engineering Curtin University of Technology Perth, Australia, 2006.

9. Ерошкина Н.А., Коровкин М.О. Влияние параметров состава минерально-щелочного вяжущего на прочность и усадку бетона // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2012. № 27. С. 78-83.

10. Ерошкина Н.А., Коровкин М.О. Усадка геополимерного вяжущего на различных этапах его структурообразования // Инженерный вестник Дона. 2016. Т. 41, № 2 (41). С. 87.

11. Ерошкина Н.А., Коровкин М.О., Логанина В.И., Полубояринов П.А. Исследование свойств бетона на основе композиционного геополимерного вяжущего, определяющих его долговечность // Фундаментальные исследования. 2015. № 3-0. С. 58-62.

12. Рахимов Р.З., Рахимова Н.Р., Стоянов О.В. Геополимеры // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17, № 23. С. 189-196.

Размещено на Allbest.ur