Геополимерный бетон состав: состав, рецепт как сделать своими руками в домашних условиях

Содержание

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 — между прошлым и будущим

Уникальные свойства геобетона обеспечивают ему широкий спектр применения, особенно в специальных областях, где требования к бетону очень высоки.

В 1970-х годах французский химик Джозеф Давидовиц (Joseph Davidovits) придумал геополимерную технологию. Ее суть заключается в использовании неорганических минеральных веществ: атомы углерода в трехмерной полимерной цепочке заменены на атомы кремния и алюминия. По этому принципу получают множество композитных материалов, в т.ч. геополимерные цементы и бетоны на их основе (российские инженеры предложили использование термина геобетон).

 

Специалисты называют геополимерную технологию технологией “нулевого километра”, — ведь практически в любой точке мира в радиусе 100-200 км можно найти материалы для производства бетона. В основе геополимерного бетона могут быть неорганические отходы индустриальных предприятий (золы-уноса, шлаки и т.п.), минеральные природные ископаемые.

Геополимерные вяжущие нередко путают с бесцементными, полученными на базе доменного гранулированного шлака. Они были известны раньше и получили широкое применение в строительстве. Чтобы объективно оценить уникальные свойства бетонов на основе геополимерных цементов, нужно различать шлакощелочную и геополимерную технологии.

При щелочной активации шлака часто используются едкие щелочи, провоцирующие образование высолов на поверхности изделий, и требующие жесткого соблюдения правил техники безопасности.

В геополимерной технологии применяют безопасные, неедкие соединения, гарантирующие отсутствие высолов; добавление шлака в состав геополимерного цемента не является обязательным.

В отличие от шлакощелочных, в геополимерных бетонах, катионы щелочных металлов полностью химически связаны, то есть заключены в структуру и не могут мигрировать на поверхность и вступать в реакцию. Таким образом, обеспечивается стабильная долговечная структура материала, устойчивая к коррозии и другим агрессивным внешним воздействиям. Благодаря этому свойству, геополимерный бетон может быть использован даже для инкапсуляции радиоактивных отходов, поскольку радиоактивные катионы будут надежно «спрятаны» в его структуре.

Прочность, сроки схватывания и другие свойства обычного бетона обусловлены «природными» характеристиками портландцемента, полученными им при производстве и зависящими от качества сырья, режимов помола и обжига клинкера. Чтобы увеличить или уменьшить сроки схватывания бетона, в него необходимо вводить дорогостоящие добавки, меняющие свойства портландцемента.

В геополимерном бетоне можно достичь тех же результатов без использования добавок, проектируя различные составы геополимерного цемента, меняющие его свойства. Этот материал менее чувствителен к качеству инертных. В геобетоне примерно 50% прочности (от 28-суточного возраста) набирается в течение первых трех суток.

Правильно подобранные заполнители придают высокую стойкость материала к огню – геобетон способен выдерживать до 1200°C. Текто-алюмино-силикатный тип трехмерной структуры геополимерной сетки обеспечивает нано-пористость структуры, позволяет химически и физически связанным молекулам воды испаряться при нагревании, не закипая и не разрывая бетон изнутри.

С другой стороны, геобетон обладает высокой морозостойкостью и может применяться при температурах до — 20°C без дополнительного прогрева. С уменьшением диаметра пор температура, при которой в них замерзает даже чистая дистиллированная вода, понижается и может достигнуть уровня -40°C…-50°C. Реагент, водный щелочной раствор, действует как электролит, что также понижает температуру замерзания жидкости в структуре бетона.

Нано-пористость геополимерной структуры обеспечивает непревзойденную водонепроницаемость: большие молекулы воды не могут проникнуть внутрь геополимерной матрицы даже под давлением. Соответственно, конструкции из геобетона не требуют дополнительной защиты от воды, что снижает затраты на их производство и строительство в целом.

За счет отсутствия кальциевых соединений материал обладает высокой сульфатостойкостью и устойчивостью к различным видам солей и кислот.

На фото можно видеть образцы из геобетона и бетона на базе портландцемента, прошедшие испытание в 10-процентном растворе серной кислоты. Кубики в возрасте 28 суток погрузили в раствор кислоты и оставили на 28 суток. Обычный бетон потерял в весе 40% от 28-суточного возраста и 70% — в показателях по прочности. У геобетона вес не изменился, а набор прочности продолжался.

 

Часто возникает вопрос об агрессивном воздействии щелочей, участвующих в реакции, на металлическую арматуру конструкций. В геополимерных бетонах (как и в случае портландцемента при его реакции с водой) обеспечивается высокая щелочность среды, то есть происходит обратный процесс — пассивация поверхности стальной арматуры и защита ее от коррозии.

 

Уникальные свойства геобетона обеспечивают ему широкий спектр применения, особенно в специальных областях, где требования к бетону очень высоки. В Брисбене исключительно из геополимерного бетона построен аэропорт, в Венеции его применяют для устройства полов и реставрации памятников архитектуры, в Иркутске компания, изготавливающая купольные дома, также будет применять геополимерный бетон.

 

На базе геобетона специалисты разработали состав для технологии строительной печати домов с использованием 3D принтеров. Точный подбор инертных наполнителей гарантированно снизит дозировки геополимерного цемента и реагента. При этом будут обеспечены те же показатели по прочности и подвижности смесей. Полученный состав для 3D печати на 30% дешевле состава с аналогичными характеристиками на базе портландцемента.

 

Сдерживающими факторами массового применения геополимерного бетона в России являются небольшие объемы производства (по сравнению с производством портландцемента), а также отсутствие стандартов.

Для производства бетона на базе геополимерного цемента требуется неукоснительно соблюдать последовательность подачи материалов и время их перемешивания, что требует внесения изменений в технологическое оборудование и изменение технологических регламентов. Впрочем, уже разработаны мобильные установки, позволяющие в автоматическом режиме, производить геобетон на строительной площадке или на территории завода.

 

Несмотря на существующие ограничения и особенности, геобетон применяется все больше: полученный результат превосходит инвестиции в модернизацию оборудования и переквалификацию персонала, не говоря уже про экологические аспекты применения материала и возможность утилизации техногенных отходов.

 

Андрей Дудников, инженер, управляющий компанией «РЕНКА РУС»,

 Марина Дудникова, директор по развитию «Геобетон»

Алекс Реджани (Alex Reggiani), Ph.D, геолог-минералог, технический директор «РЕНКА РУС»

 

Этот материал опубликован в августовском номере Отраслевого журнала «Строительство». Весь журнал вы можете прочитать или скачать здесь.

 

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:

Геополимерный бетон — полезная статья от компании «БетонТрансСтрой»

Одним из новейших материалов можно назвать геополимерный бетон. Он имеет природное происхождение и, соответственно, наиболее экологичен и безопасен. Уже по одному названию можно догадаться, что все компоненты, входящие в его состав, имеют природное происхождение. Создана уникальная смесь в Луизианском Университете в 1978 году на основании исследований ученого Джозефа Давидовец.

Свойства и состав бетона

Основными компонентами геополимерного бетона является жидкое стекло, зольная пыль, шлаки и так далее. Во время изготовления особое внимание уделяется подбору соотношения. Тщательное взвешивание гарантирует наличие тех или иных свойств смеси. Кроме того, смешение осуществляется только при низких температурах. В результате этого в готовой смеси начинают происходить химические процессы. Именно они и обеспечивают определенные свойства, в частности, повышенную прочность и влагостойкость.

Геополимерный бетон обладает таким свойствами, как устойчивость к коррозии, он практически не выделяет газы, что исключает возникновение парникового эффекта. По результатам исследований, он более устойчивый    на сжатие и растяжение по сравнению с монолитами, при изготовлении которых применялся бетон М150 или М200.

Также следует отметить такие положительные качества, как устойчивость к воздействию кислот и прочих агрессивных сред. Он обладает особенно низкой проницаемостью и меньшей усадкой. По этим показателем материал можно сравнить с гранитом.

В работе также имеются свои преимущества. Смесь быстро застывает. В процессе использования допускается несколько циклов оттаивания-замораживания, что никак не сказывается на свойствах будущего изделия. Кроме того, вес монолита, изготовленного из геополимерного бетона, меньше по сравнению с обычной смесью. Следовательно, прежде чем купить бетон М150 или любой другой, следует определить основные качества, которыми должна обладать поверхность, и уже на основании этого делать выбор.

Способы приготовления

Для получения качественного геополимерного бетона следует особенно внимательно соблюдать рецептуру. Для начала отметим, что основными вяжущими компонентами являются водорастворимые смолы определенной консистенции. Главной их особенностью является то, что поливиниловый спирт, входящий в состав смол, служит эмульгатором в готовой смеси.

Для достижения нужного качества количество органических добавок должно быть не менее 1/5 от всей массы смеси. Особенно выгодно использовать полиамидные и эпоксидные смолы в сочетании с отвердителями.

Смешение также осуществляется в строгой последовательности. В бетономешалке соединяются цемент, предназначенный для изготовления геополимерной смеси, и небольшое количество воды. Далее вводятся шлаки и зола. Как только смесь будет тщательно перемешана, добавляются полимерные компоненты. На этом смесь считается готовой к использованию. Сегодня каждый желающий может заказать геополимерный бетон в Красногорске с доставкой по доступной цене и убедиться в его высоком качестве и простоте использования.

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:

Доля, гЗольная пыльШлакЖидкое стеклоКОНВода
На 1 кг геобетона33033020090, при 45 % концентрации55
На 1 л750750250200, от 40 %130

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.


 

Игорь Шлегель: «Зато мы теперь знаем, что «здесь был не Вася, а Хеопс» | Последние Новости Омска и Омской области

Директор Института Новых технологий и автоматизации промышленности строительных материалов излагает еще одну версию строительства египетских пирамид.

ПИРАМИДЫ ИЗ ПЕСКА?

«Тайны Египетских пирамид уже более 100 лет будоражат умы ученых» — эти или подобные фразы в большом количестве бродят по страницам газет и просторам интернета.

Однако меня это не трогало до тех пор, пока нечаянно не наткнулся на статью о геополимерном бетоне.

В статье сообщалось о том, что французский химик Иосиф Давидовиц в 1978 году изобрел геополимерный бетон и утверждает, что египетские пирамиды построены именно из этого материала.
Конечно, меня заинтересовал состав этого сказочного материала. И оказалось, что это:
— шлак;
— зола;
— гидроксид KOH или Na (OH)2;
— жидкое стекло;
— вода.

Если первая часть нового слова «гео» предполагает, что все материалы берутся с поверхности Земли, то из «гео» в этом составе одна вода.

И. Давидовиц пишет, что гидроксид натрия «в избытке» имеется в соляных озерах, а вместо золы может быть использован ил со дна Нила, которого опять же «в избытке».

Но чтобы добыть соду из соляных озер, необходим сложный химический процесс, который был разработан бельгийским химиком Сольве только в 1861 году, а речной ил содержит до 30% органических веществ и не может быть использован в составе шлако-щелочного вяжущего. А самородная щелочь NaOH в виде натрона встречается на территории Египта очень редко и в малых количествах, и использовалась она для получения ювелирных стекол.

Зола, ввиду отсутствия ТЭЦ, могла быть получена от сжигания деревьев, но это тоже дорогое удовольствие, т.  к. дерево ввиду его нехватки завозилось из других стран.

Для доказательства своей идеи показан фильм, где ряженные под древних египтян замешивают в яме геополимерный бетон, причем засыпают «чистый» гидроксид калия и получают формованные в опалубку блоки.

Глядя на состав якобы нового материала, сразу видно, что это обычный шлако-щелочной бетон, известный уже более 100 лет.
В «справочнике кустаря» 1931 года издания приводится много рецептов этого бетона для реставрации мрамора, гранита и тому подобных каменных изделий. Причем рецепты эти взяты из зарубежных более ранних изданий.

В СССР в Киевском инженерно-строительном институте (КИСИ) в начале 1950-х под руководством профессора Глуховского В.В. проводилось много исследований шлако-щелочного вяжущего, однако эти разработки не были широко внедрены в промышленность, т. к. цемент оказался выгоднее.

Таким образом, И. Давидовицем сделано 2 изобретения: придумано красивое слово для обозначения известного шлако-щелочного вяжущего и метод продвижения этого вяжущего на рынок путем широкой рекламы, построенной на раскрытии «тайны строительства египетских пирамид». Напомню, признанная в настоящее время гипотеза о строительстве пирамиды Хеопса из выпиленных в каменоломне блоках не дает вразумительных ответов на вопросы как перемещались эти громадные блоки весом более 50 тонн на большие расстояния, как поднимались и укладывались.

Поэтому среди ученых давно уже бродит версия о том, что блоки пирамиды сделаны из бетона, только что это за бетон, если в то время цемента, требующего высокую температуру для получения, еще не было. И только из-за этой нерешенной задачи «бетонная» гипотеза до сих пор не принята.

Доводы, свидетельствующие о применении бетонной технологии, могут занять большой объем статьи, а речь пойдет о другом, поэтому я адресую всех любознательных к интернету, где известные историки А. Фоменко и Г. Носовский собрали множество аргументов в защиту способа изготовления блоков из бетона.

Эти ученые склонили большую часть аудитории в пользу бетонной версии, однако из-за невозможности ответить на вопрос: что же это был за бетон, ухватились за предложение предприимчивого И. Давидовица и признали геополимер.

В результате, этот геополимер оказался ложкой дегтя в бочке с медом и гипотеза бетонного строительства поставлена под сомнение, т. к. геополимер, как материал для строительства пирамид, не выдерживает самой доброжелательной критики.

К сожалению, среди египтологов, пытающихся ответить на вопрос о строительстве пирамиды, не было ни одного специалиста, знающего строительные материалы и коллоидную химию. Иначе они давно уже догадались бы, что вяжущее — это продукт золь-гель технологии, скопированной у самой природы.

Процесс золь-гель (sol-gel process) — технология материалов, в том числе наноматериалов, включающий получение золя с последующим переводом его в гель, то есть коллоидную систему, состоящую из жидкой дисперсионной среды, заключенной в пространственную сетку, образованную соединившимися частицами дисперсионной фазы. Применение золей в качестве связующих обеспечивается способностью их к гелеобразованию и известно науке на протяжении трех веков.

Сейчас этот процесс окрестили модным словом «нанотехнологии», хотя, если взять к примеру глину, то она тоже представляет наноматериал с некоторым содержанием частиц с размерами менее 100 нм и тогда изготовление кирпича тоже можно окрестить нанотехнологией, хотя этой технологии уже более 5 тысяч лет.

Ключевое слово в наномире — самоорганизация и иерхаическая структура, причем изменение концентрации связующего (золь) дает увеличение плотности и прочности получаемых изделий.

К чудесам нанотехнологии можно отнести разработки Ю. Е. Пивинского, который не только исследовал высококонцентрированные вяжущие суспензии (ВКВС), но и внедрил их в производство огнеупоров на заводе «Динур».

Суть этих разработок заключается в том, что некоторые неорганические вещества, измельченные до размеров частиц менее 100 нм, обладают вяжущими свойствами, то есть могут образовывать гели.

К таким веществам относится SiO2, Al2O3, TiO2 и некоторые другие. Для получения бетона на основе этих вяжущих добавляют наполнители различных минералов: известняка, гранита, диорита и других. При этом важно, чтобы наполнители имели полидисперсный состав, подчиняющийся требованию оптимальной упаковки. Тогда количество вяжущего может составлять 4-6% от массы бетона. Таким образом, можно получать искусственные блоки известняка, гранита, мусковита, базальта, аргиллита и других минералов. Но в наше время это не имеет экономической перспективы, так как при наличии современного режущего инструмента дешевле их добывать в карьере с последующей распиловкой на плиты и блоки. Изделия домашнего обихода — столешницы, кухонные раковины из искусственного камня получают на эпоксидном связующем.

На заводе «Динур» для получения ВКВС был взят кремнезем (SiO2), как обладающий самым низким тепловым коэффициентом линейного расширения (ТКЛР), что важно для обеспечения термостойкости при смене тепловых режимов. Для получения нанометровой фракции кремнезема (ВКВС) на предприятии используется не менее десятка шаровых барабанных мельниц, которые работают непрерывно в течении 22 часов в сутки. На основе крупнотоннажного производства ВКВС изготавливается большой ассортимент огнеупорной продукции.

Были попытки применить технологию ВКВС для изготовления кирпича из песка, но они окончились неудачей из-за высокой себестоимости продукции.

Из всех мегалитических сооружений, которых на земном шаре насчитывается свыше 300, пирамида Хеопса (рис. 1) представляется наиболее изученной. Существует множество артефактов, обнаруженных при раскопках, которые свидетельствуют об использовании золь-гель технологии при строительстве этого уникального объекта.

Рис. 1. Египетские пирамиды продолжают будоражить умы ученых.

Жернова — предназначены для первичного помола песка и отмывки окислов железа. Окислы железа отравляют коллоидное вяжущее, поэтому их должно быть не более 1%, иначе изделие получается менее прочным. В обычных песках оксида железа содержится 5-6%, и они требуют отмывки.

Железо — оксидные конкреции (кирасы) — разбросаны вокруг пирамиды и встречаются даже на глубине 20 метров. Это свидетельствует о том, что полученная в результате отмывки жидкость с большим содержанием железа, сливалась в расщелины и в последствии при потере воды превращалась в твердые жилы.

Каменные терки — в большом количестве обнаруженные при раскопках, служили для доведения мелкого кремнезема (песка) до наноразмерных фракций.

Установлено, что процесс перетирания наиболее выгоден по трудозатратам, чем ударное измельчение, например, на шаровых мельницах. Но, если приравнять затраты энергии на шаровых мельницах к затратам получения ВКВС на ручных тёрках, то можно подсчитать сколько человек были заняты этим процессом с учетом того, что для получения блоков на таком связующем необходимо 4% ВКВС. Используем данные профессора Б. П. Вейнберга о том, что 1 кВт электрической мощности соответствует мощности 33-х человек. С учетом 12-ти часового рабочего дня для выработки 1 кВт·ч энергии потребуется 33:12=2,75 человеко-дня. На заводе «Динур» для получения 1 тонны ВКВС затрачивается 375 кВт·ч электроэнергии.

Подсчитана масса пирамиды Хеопса — 5 млн. тонн, а если учесть данные о том, что середина пирамиды сделана на 1/3 из колотых известняковых блоков, то для строительства надо 3,3 млн. тонн бетонных блоков. Если по свидетельству Геродота она строилась 30 лет, то в год необходимо было 110 тысяч тонн блоков, и, если работали 360 дней в году, то в день необходимо изготавливать 300 тонн блоков.

При этом вяжущего надо 4%, т. е. около 12 тонн в день. Тогда для этой работы необходимо 375·2,75·12=12375 человек. Эта цифра согласуется с данными историков, которые утверждают, что на строительстве пирамиды работало 100 тысяч человек, т. е. примерно 12% из них была занята на получении вяжущего.

Частицы меди, обнаруженные на поверхности гранитных блоков, свидетельствуют о том, что они отливались в опалубку, футерованную медными листами. Такая опалубка может служить продолжительное время.
Версии о том, что эти следы остались от медных пил при распиловке выглядят фантастическими, т. к. гранит намного тверже меди и, если быть на материалистических позициях, такая обработка невозможна.

Ладьи — которые обнаружены рядом с пирамидой Хеопса, могли служить в качестве емкостей для перевозки бетона. Имеют выгодное соотношение ширины к длине и позволяют их транспортировать по проходам ограниченной ширины.

Выглядит приемлемой идея Жана Пьера Рудена о наличии в пирамиде внутренних пандусов с уклоном 7% для транспортирования строительных материалов, только транспортировались не громадные блоки, а бетон, приготовленный на кремнезёмистом связующем.

Назначение ладьи для переправы души умершего фараона через реку Стикс в загробный мир можно отнести к сказкам для доверчивых туристов.

Ладейные ямы — служили для замешивания и выдержки бетона. Название этим ямам дала ладья, обнаруженная при раскопках в одной из ям. Скорее всего ладья была оставлена в яме для замачивания в целях предотвращения рассыхания.

Весла — служили для перемешивания бетона. Кремнезёмистое вяжущее, полученное при помощи тёрок, сливалось в яму и требовалось некоторое время для «нормализации», которая происходила при слабом помешивании. В дальнейшем, когда набиралось необходимое количество связующего, в яму засыпали песок, мелкий, а затем и крупный щебень при более интенсивном перемешивании. Полученный бетон загружали в емкость (ладью) и перевозили к месту укладки в опалубку.

Гигантские размеры блоков — сделаны не случайно, т. к. в опалубку таких размеров можно бросать крупные камни, которые вибрируют смесь и способствуют снижению удельного количества связующего.

Если бы строительство велось из цельных блоков, не было бы никакого смысла делать их таких размеров, если конечно для транспортирования не привлекать «явление искусственной левитации».

Следы от пил и надпилы базальтовых блоков, сделанные якобы неведомым в древности инструментом, могут быть сделаны в наше время в процессе «изучения» материала или при строительстве пирамид в еще не окрепшем бетоне.

По свидетельству Альфреда Лукаса [3], реставратора Каирского музея и крупного специалиста-египтолога, во множестве гиероглифов, хорошо сохранившихся до наших дней, изображены процессы обработки камня: отбивание в каменоломне, трение зажатыми в руках камнями, сверление; но нет ни одного изображения распиливания!

Другие доказательства бетонной технологии, как я уже писал, можно найти в интернете: это и найденные в граните волосы, и следы от циновок, полученные в результате формования, и идеальная подгонка блоков друг к другу с точностью до 0,5 мм и т.  д. Также как искусственные гранитные блоки, может быть получена и штукатурка, только с наполнителем из одного песка. Кстати, песок может быть получен путем измельчения гранита, тогда отштукатуренную поверхность будет трудно отличить от гранита. Создание выпуклых узоров и гиероглифов на стенах можно объяснить их печатанием по влажной штукатурке с первоначальным вырезанием на дереве.

Искусство размягчения камня, о котором говорят исторические источники и примеры такого «размягчения», также свидетельствуют о применении ВКВС-связующего для приготовления блоков. Такие изделия, набравшие некоторую прочность, но еще не высохшие, имеют возможность размягчаться при механических воздействиях. Если даже они потеряли некоторый процент влажности, то при орошении они вновь приобретают пластичность.

В этом они похожи на изделия из цементного бетона, однако имеются и отличия.

В Перу, в древнем поселении Мачу-Пикчу есть стена, где блоки как бы выгнула «неведомая сила». Здесь можно дать простое объяснение — при строительстве рано сняли опалубку, пошел ливень и под его напором стену выгнуло. Потом бетон набрал прочность, и стена так и осталась искорёженной.

Оплавленный участок стены в г. Куско (Перу) некоторые «исследователи» приписывают к взрыву ядерной бомбы, который якобы произошел недалеко. Хотя такие, похожие на остеклованные поверхности, получаются в блоках при повышении дозы наносвязующего более 6%.

Полигональная кладка, которая используется во многих мегалистических сооружениях, не объяснима, если придерживаться версии строительства из отесанных камней. Если принять, что это была бетонная технология, то проясняется многое. Опалубкой в этом случае служила мягкая материя, натянутая на деревянную рамку (может быть кожа). Поэтому блоки получились выпуклыми с обрамлением по контуру — это след от рамки.

Саркофаг в переводе означает «пожиратель тел». На самом деле это пожиратель умов египтологов, которые уже много лет ломают голову над тем, как мог оказаться в центре пирамиды Хеопса саркофаг, чьи габариты намного превышают ширину проходов. И здесь, без привлечения «потусторонних» сил не обходится.

Хотя очевидно, что для изготовления саркофага и крышки использованы искусственные черный базальт и красный гранит, сделанные на месте, путем заливки в опалубку.

Мегалистические сооружения разбросаны по всей планете, встречаются и в Африке, и в Азии, и в Америке. Японцы называют их «мячики богов». В Ливане в г. Баальбек есть храм Юпитера, где обнаружен самый крупный мегалит, который называют «Южный камень». Вес его превышает 1000 тонн, что не под силу современной грузоподъемной технике.

Понятно, что этот камень, как и многие пирамиды, искусственного происхождения и сделан также по бетонной технологии на кремнеземистом связующем.

Но возникает следующая загадка: как в древние времена в разных концах света люди могли обладать одной и той же технологией? Ученые, опасаясь осмеяния, замалчивают этот вопрос, а энтузиасты-альтернативщики приписывают передачу «сакральных» знаний инопланетянами.

Я ничего не имею против инопланетян, к тому же понимаю, что они обязательно должны быть в околоземном пространстве с точки зрения науки.

Простое математическое рассуждение приводит к этому: Если исходить из постулата о бесконечности времени и пространства, то в нем должно быть бесконечное количество миров, а часть из них, хоть и малая, имеет жизнь. Часть от бесконечности дает бесконечность. Далее — если даже малая часть из планет, на которых есть жизнь, обладает разумом, намного опережающим наше развитие, то опять же это часть от бесконечности, что дает в итоге бесконечность.

Поэтому понятно, что эти высокоразвитые цивилизации интересуются нашей планетой. Но я не уверен, что в их правилах вмешиваться в нашу жизнь, поэтому попытаюсь дать ответ на эту вторую загадку без учета инопланетного вмешательства.

Альфред Лукас в главе «вещества неустановленного состава» пишет:

«Почти всякое вещество, даже совершенно инертный кварц в достаточно мелко истолченном и смоченном состоянии, обладает хотя бы небольшой силой сцепления, но при высыхании частицы его распадаются, отсюда вывод, что измельчение не решает проблемы, да и материал в этом случае не был мелко истолчен».

А. Лукас стоял на пороге открытия, но работая экспертом музея, не стал «мелко толочь», тем более измельчать мельче мелкого, чего требует получение кремнеземистого связующего.

Теперь представим себе заслуженного прораба древнего Египта, перед которым поставлена задача построить пирамиду. Причем задача поставлена не кем-нибудь, а фараоном, с которым, как известно, шутки плохи. Умри, но сделай, иначе голова с плеч.

И вот этот строитель в раздумьях приходит на берег моря, мысли его заняты непосильной задачей — если строить из кирпича, на обжиг не хватит всех лесов Египта, если строить из камня, то нужна точная подгонка размеров и много рабочих — не хватит населения Египта. Смотрел на набегающие волны, на то, как песок трёт песок. Мелькает мысль: если они трутся друг о друга, то должны быть и продукты износа? Наверное, они такие мелкие, что их не видно? Бросает камушки в воду, и тут ему попадается странный камень, похожий на тот, что попался мне на пляже, когда я отдыхал в Дубае (рис. 2).

Рис. 2. Образцы с берега Персидского залива состоят из ракушек, обломков кораллов, склеенных кремнистой связкой (ВКВС),

Рассматривая его, можно увидеть, что это конгломерат, состоящий из отдельных камней, ракушек и частиц кораллов. Причем всё это прочно связано между собой, и в связке просматриваются мелкие частицы песка. Возникает мысль: «не те ли это частицы, что образуются от трения песка о песок?».

Набрав немного песка и возвратившись домой, в результате нехитрого эксперимента, он убеждается, что частицы кварца, измельченные мельче мелкой пыли, обладают вяжущими свойствами и не рассыпаются при сушке.

Так, в разных странах, благодаря наблюдательным людям, рождается технология кремнеземистого вяжущего, но эта технология имеет применение в основном для создания мегалистических сооружений. Когда отпала необходимость строить такие колоссы, как пирамида Хеопса или храм Юпитера, забыта была и эта технология, так как из кирпича строить удобнее.

Наблюдая за природой, мы понимаем, как из гор рождаются камни, которые со временем превращаются в щебень и гальку, а затем появляются песок и глина. В дальнейшем происходит обратный процесс — кремнеземистое вяжущее опускается на глубину, где цементирует песок и различные обломки, образуя осадочные породы — ракушечник, известняк, базальт, гранит и множество других минералов, составляющих ¾ земной коры.

Таким образом, подобно закону круговорота воды в природе, можно сформулировать закон круговорота гранулометрии в природе: крупное рождает мелкое, мелкое становится крупным.

В своей статье я затронул некоторые болезненные для египтологов вопросы, поэтому приношу свои извинения и выражаю надежду, что данная статья не уменьшит интерес к мегалистическим объектам. К тому же еще остается ряд вопросов, на которые пока нет ответа. Одним из таких остается открытым вопрос о назначении пирамид. Египтологи посчитали, что на данный момент существует около 600 версий, которые укладываются в несколько направлений техногенного, религиозного, физического и эзотерического характера.

И под конец, чтобы вы улыбнулись, предлагаю еще одну — психологическую версию. Вот человек лезет на скалу, затрачивает массу сил — для чего? Чтобы написать на каменной плите: «Здесь был Вася».

Фараонам ничто человеческое не чуждо, и они тоже хотят оставить свой след в истории. Тем более, что фараону для строительства пирамиды надо приложить примерно столько же сил, сколько и Васе.

Зато мы теперь знаем, что «Здесь был Хеопс»!


Список литературы:
1. Пивинский Ю. Е. Кварцевая керамика, ВКВС и керамобетоны. История создания и развития технологий. СПб.: Политехника-принт, 2018. 360 с.
2. Лукас А. Материалы и ремесленные производства древнего Египта. М.: Изд. Иностранной литературы. 1958. Ancient Egyptian materials and industries by A. Lucas. London 1948. Third edition, revised.

Игорь Шлегель, директор Института Новых технологий и автоматизации промышленности строительных материалов

Что это — 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.

Геополимерный бетон — новый экологически чистый строительный материал

Цементная промышленность является вторым по величине плательщиком центрального акциза в Индии и основным вкладчиком в ВВП. С ростом развития инфраструктуры и бурным ростом жилищного сектора спрос на цемент также неизбежно будет расти. Однако цементная промышленность чрезвычайно энергоемка. После алюминия и стали производство портландцемента является наиболее энергоемким процессом, так как потребляет 4 ГДж на тонну энергии.После тепловых электростанций и черной металлургии индийская цементная промышленность является третьим по величине потребителем угля в стране. В 2003-2004 годах индийская цементная промышленность потребляла 11 400 миллионов кВтч электроэнергии. Цементная промышленность включает 130 крупных цементных заводов и более 300 малых цементных заводов. Мощность отрасли на начало 2008-09 года составляла около 198 млн тонн. Спрос на цемент в Индии, как ожидается, будет расти на 10% в год в среднесрочной перспективе за счет жилищного строительства, инфраструктуры и корпоративных капиталовложений.Учитывая ожидаемый рост производства и потребления на 9-10%, ожидается, что соотношение спроса и предложения в цементной промышленности улучшится с 2008-09 гг.

Тепловые энергетические установки, работающие на угле, в Индии составляют около 65% от общей установленной мощности по выработке электроэнергии. Ожидается, что для удовлетворения растущего спроса на энергию в стране доминирующую роль в будущем будет играть угольная теплоэнергетика, поскольку запасов угля в Индии хватит более чем на 100 лет.Зольность угля, используемого тепловыми электростанциями Индии, колеблется от 25 до 45%. Однако уголь с зольностью около 40% в основном используется в Индии для выработки тепловой энергии. Как следствие, на тепловых электростанциях образуется огромное количество летучей золы (FA), что вызывает ряд проблем, связанных с утилизацией. Несмотря на инициативы, предпринятые правительством, несколькими неправительственными организациями и научно-исследовательскими организациями, общее использование ТВС составляет лишь около 50%.Индия производит 130 млн тонн ТВС в год, и ожидается, что к 2012 г. этот показатель достигнет 175 млн тонн. Утилизация ТВС является растущей проблемой, поскольку только 15% ТВС в настоящее время используется для производства материалов с высокой добавленной стоимостью, таких как бетон и строительные блоки, а оставшаяся часть используется. для засыпки земли. В глобальном масштабе утилизируется менее 25% от общего годового объема производства FA в мире. В США и Китае производятся огромные количества FA (сопоставимые с производством в Индии), и зарегистрированные уровни их использования составляли около 32% и 40% соответственно в 1995 году.FA успешно используется в качестве минеральной добавки к портландцементу на основе пуццолана в течение почти 60 лет. Существует эффективное использование FA в производстве цементных бетонов, поскольку это расширяет технические преимущества, а также контролирует загрязнение окружающей среды.

Молотый гранулированный доменный шлак (GGBS) является побочным продуктом доменных печей, используемых для производства чугуна. GGBS представляет собой стеклообразный гранулированный неметаллический материал, состоящий в основном из силикатов и алюминатов кальция и других оснований.Шлак, измельченный до размера менее 45 микрон из более грубой рассыпчатой ​​структуры, похожей на попкорн, будет иметь удельную поверхность примерно от 400 до 600 м2/кг (Блейн). ГГБС имеет почти такой же размер частиц, как и цемент. ГГБС, часто смешиваемый с портландцементом в качестве дешевого наполнителя, повышает удобоукладываемость бетона, плотность, долговечность и устойчивость к щелочно-кремнеземной реакции.

Альтернативное, но многообещающее выгодное применение ТВС и ГГБС в строительной отрасли, появившееся в последние годы, — это геополимерцементные бетоны (ГЦБ), которые при соответствующей технологии производства используют все классы и марки ТВС и ГГБС; поэтому существует большой потенциал для сокращения запасов этих отходов.

Важность геополимерных цементных бетонов

Для производства одной тонны цемента требуется около 2 тонн сырья (сланец и известняк) и выделяется 0,87 тонны (H” на 1 тонну) CO2, около 3 кг оксида азота (NOx), воздух загрязняющее вещество, которое способствует образованию смога на уровне земли, и 0,4 кг PM10 (твердые частицы размером 10 мкм), переносимые по воздуху твердые частицы, которые вредны для дыхательных путей при вдыхании. Глобальный выброс CO2 из всех источников оценивается в 23 миллиарда тонн в год, а на производство портландцемента приходится около 7% от общего объема выбросов CO2.Цементная промышленность добилась значительного прогресса в сокращении выбросов CO2 за счет усовершенствования технологии процесса и повышения эффективности процесса, но дальнейшие улучшения ограничены, поскольку производство CO2 является неотъемлемой частью основного процесса обжига известняка. Добыча известняка влияет на модели землепользования, местный водный режим и качество атмосферного воздуха и, таким образом, остается одной из основных причин высокого воздействия отрасли на окружающую среду. Выбросы пыли при производстве цемента уже давно считаются одной из основных проблем, стоящих перед отраслью.Промышленность обрабатывает миллионы тонн сухого материала. Даже если 0,1% этого количества выбрасывается в атмосферу, это может нанести ущерб окружающей среде. Таким образом, летучие выбросы представляют собой огромную проблему, усугубляемую тем фактом, что нет ни экономических стимулов, ни нормативного давления для предотвращения выбросов.

Цементная промышленность не вписывается в современную картину устойчивой промышленности, поскольку она использует невозобновляемое сырье и энергию; добывает сырье путем добычи полезных ископаемых и производит продукт, который не может быть переработан.За счет управления отходами, путем использования отходов побочных продуктов тепловых электростанций, заводов по производству удобрений и сталелитейных заводов, энергия, используемая в производстве, может быть значительно снижена. Это сокращает счета за электроэнергию, затраты на сырье, а также выбросы парниковых газов. При этом он может превратить имеющиеся в изобилии отходы, такие как летучая зола и шлак, в ценные продукты, такие как геополимерные бетоны.

«Геополимерные цементные бетоны» (GPCC) представляют собой неорганические полимерные композиты, представляющие собой перспективные бетоны, которые могут стать важным элементом экологически устойчивого строительства путем замены/дополнения обычных бетонов.GPCC обладают высокой прочностью, хорошей стойкостью к проникновению хлоридов, воздействию кислот и т. д. Они обычно образуются путем щелочной активации промышленных алюмосиликатных отходов, таких как FA и GGBS, и имеют очень небольшую площадь парниковых газов по сравнению с традиционными бетонами.

Основы геополимеров

Термин «геополимер» впервые был введен Давидовиц в 1978 году для описания семейства минеральных вяжущих с химическим составом, подобным цеолитам, но с аморфной микроструктурой.В отличие от обычных портланд/пуццолановых цементов, геополимеры не образуют гидраты силиката кальция (CSH) для формирования матрицы и прочности, а используют поликонденсацию предшественников кремнезема и глинозема для достижения структурной прочности. Два основных компонента геополимеров: исходные материалы и щелочные жидкости. Исходные материалы на алюмосиликатах должны быть богаты кремнием (Si) и алюминием (Al). Это могут быть побочные продукты, такие как летучая зола, микрокремнезем, шлак, зола рисовой шелухи, красный шлам и т. д.Геополимеры также уникальны по сравнению с другими алюмосиликатными материалами (например, алюмосиликатными гелями, стеклами и цеолитами). Концентрация твердых веществ при геополимеризации выше, чем при синтезе алюмосиликатного геля или цеолита.

Состав геополимерно-цементных бетонных смесей

Для производства GPCC обычно используются следующие материалы:
  1. Зольная пыль,
  2. ГГБС,
  3. Мелкие заполнители и
  4. Крупные заполнители
  5. Каталитическая жидкая система (CLS): представляет собой раствор щелочного активатора (AAS) для GPCC.Это комбинация растворов щелочных силикатов и гидроксидов, помимо дистиллированной воды. Роль ААС заключается в активации геополимерных исходных материалов (содержащих Si и Al), таких как летучая зола и GGBS.

Составление смесей GPCC

В отличие от обычных цементных бетонов, GPCC представляют собой новый класс материалов, и, следовательно, применимы традиционные подходы к расчету смесей. Составление смесей GPCC требует систематических многочисленных исследований доступных материалов.

Приготовление смесей GPCC

Смешивание ингредиентов GPCC можно проводить в смесителях, используемых для обычных цементных бетонов, таких как тарельчатый смеситель, барабанный смеситель и т. д.

Механические свойства

Прочность на сжатие: При правильном подборе ингредиентов смеси можно легко достичь прочности на сжатие в течение 24 часов от 25 до 35 МПа без необходимости какого-либо специального отверждения. Такие смеси можно рассматривать как самоотверждающиеся. Однако в SERC были разработаны смеси GPCC с 28-дневной прочностью примерно до 60-70 МПа.

Модуль упругости Модуль Юнга или модуль упругости (ME), Ec GPCC, принимается как модуль касательной, измеренный при уровне напряжения, равном 40 процентам средней прочности на сжатие бетонных цилиндров. ME GPCC незначительно ниже, чем у обычных цементных бетонов (CC) при аналогичных уровнях прочности.

Кривые напряжения-деформации Соотношение напряжение-деформация зависит от ингредиентов GPCC и периода отверждения.

Скорость развития силы Обычно она выше в GPCC, чем в CC.

Усиленные балки GPCC

Несущая способность балок GPCC примерно на 20% больше, чем балок CC при аналогичных уровнях прочности бетона. Растрескивание бетона происходит всякий раз, когда предел прочности бетона на растяжение превышен. Растрескивание железобетона связано с различными причинами, такими как напряжения растяжения при изгибе, диагональное растяжение, деформации поперечного растяжения и т. Д. Растрескивающий момент увеличивается по мере увеличения прочности на сжатие как в балках GPCC, так и в балках CC.

Железобетонные конструкции обычно анализируют с помощью общепринятой теории упругости (раздел 22.1 из IS 456:2000), что эквивалентно допущению о линейной зависимости момент-кривизна для изгибаемых элементов. Однако в реальном поведении балок учитывается нелинейная зависимость кривизны момента. Соотношение момент-кривизна можно идеализировать так, чтобы оно состояло из трех прямых линий с разными наклонами. Наклоны этих линий меняются по мере изменения поведения балки из-за увеличения нагрузки. Таким образом, каждая прямая линия указывает на разные фазы истории луча. Соотношения момент-кривизна GPCC и CC по существу аналогичны.

Эксплуатационная нагрузка обычно считается нагрузкой, соответствующей прогибу пролета/350 или максимальной ширине трещины 0,2 мм, в зависимости от того, что меньше. Прогибы при эксплуатационных нагрузках для балок ГПК и СС оказались практически одинаковыми. Таким образом, при эксплуатационных нагрузках поведение балок ГПК и ВЦ аналогично.

Коэффициент пластичности балок рассматривается как отношение прогиба при предельном моменте (äU) к прогибу при пределе текучести (äY). Коэффициент пластичности уменьшается по мере увеличения прочности на растяжение арматуры.Коэффициент пластичности балок GPCC может быть немного меньше, чем балок CC, что указывает на более высокую жесткость балок GPCC. Картины трещин, наблюдаемые для балок GPCC, аналогичны балкам CC.

Армированные колонны GPCC

Прочность бетона на сжатие и коэффициент продольного армирования влияют на несущую способность колонн. Несущая способность увеличивается с увеличением прочности бетона на сжатие и коэффициента продольного армирования. Образцы трещин и режимы отказа столбцов GPCC аналогичны столбцам CC.

Прочность сцепления GPCC с арматурными стержнями

Прочность сцепления GPCC с арматурными стержнями выше по сравнению с CC. Таким образом, расчетная длина стальных стержней в армированных ГПК может быть сохранена такой же, как и в случае армированных КС. Прочность сцепления GPCC и PPCC значительно больше и консервативнее расчетного напряжения сцепления, рекомендованного в IS: 456-2000. GPCC обладают удовлетворительным сцеплением с закладными стальными стержнями, так что обычный процесс проектирования усиленных структурных элементов может быть консервативно применен и к GPCC.

Аспекты долговечности GPCCS

Образцы GPCC имеют оценку проницаемости для хлоридов от «низкой» до «очень низкой» в соответствии с ASTM 1202C. GPCC в целом обеспечивают лучшую защиту закладной стали от коррозии по сравнению с CC. Установлено, что ГПКК обладают очень высокой кислотостойкостью при испытаниях в условиях воздействия 2% и 10% серной кислоты.

Заключительные замечания по GPCCS

На основе данных испытаний, полученных в SERC, можно сделать вывод, что GPCC являются хорошими материалами для конструкций как с точки зрения прочности, так и с точки зрения долговечности.Геополимерный бетон демонстрирует значительный потенциал в качестве материала будущего; потому что он не только экологически чистый, но и обладает отличными механическими свойствами. Практические рекомендации по использованию технологии геополимерного бетона в практических приложениях, таких как сборные железобетонные изделия и герметизация отходов, должны быть разработаны в индийском контексте.

Из-за более низкой внутренней энергии (почти на 20-30 % меньше) и меньшего содержания CO2 в компонентах композитов на основе геополимера по сравнению с обычными портландцементными бетонами новые композиты можно считать более экологически чистыми и, следовательно, их полезность в практических приложениях необходимо развивать и поощрять.

Геополимерный бетон — свойства, состав и применение

🕑 Время чтения: 1 минута

Геополимерный бетон — инновационный и экологически чистый строительный материал, альтернатива портландцементному бетону. Использование геополимера снижает потребность в портландцементе, ответственном за высокие выбросы CO 2 .

Что такое геополимерный бетон? Геополимер — это название, данное Дайдовиц в 1978 году материалам, которые характеризуются цепочками, сетками или неорганическими молекулами.Геополимерный цементный бетон изготавливается из отходов, таких как летучая зола и молотый гранулированный доменный шлак (GGBS). Летучая зола является отходом, образующимся на теплоэлектростанции, а измельченный гранулированный доменный шлак образуется в качестве отходов на сталелитейном заводе. И зола-унос, и ГГБС перерабатываются по соответствующей технологии и используются для бетонных работ в виде геополимерного бетона. Использование этого бетона помогает сократить запасы отходов, а также снижает выбросы углерода за счет снижения спроса на портландцемент.Основной компонент геополимеров, источник кремния и алюминия, которые получают из термически активированных природных материалов (например, каолинит) или промышленных побочных продуктов (например, летучая зола или плиты) и щелочного активирующего раствора, который полимеризует эти материалы в молекулярные цепи и сети для создания отвержденного связующего. . Его также называют активируемым щелочью цементом или неорганическим полимерным цементом.

Состав геополимерного бетона Для производства этого бетона требуются следующие материалы:
  • Зола-унос – побочный продукт теплоэлектростанции
  • GGBS — Побочный продукт сталелитейного завода
  • Мелкие и крупные заполнители, необходимые для обычного бетона.
  • Раствор щелочного активатора для GPCC, как описано выше. В качестве щелочного раствора активатора используется каталитическая жидкая система. Это комбинация растворов щелочных силикатов и гидроксидов, помимо дистиллированной воды. Роль раствора щелочного активатора заключается в активации геополимерных исходных материалов, содержащих Si и Al, таких как летучая зола и GGBS.

Механические свойства геополимерного бетона Прочность на сжатие геополимерного бетона была установлена ​​до 70 МПа (Н/мм 2 ).Бетон набирает прочность на сжатие быстро и быстрее, чем обычный бетон на портландцементе. Установлено, что прочность бетона через 24 часа составляет более 25 МПа. Было установлено, что прочность на сжатие через 28 дней составляет от 60 до 70 МПа. -Ссылка Статья — Джеймс Олдред и Джон Дэй, а результаты испытаний — SERC Chennai.

Другие свойства геополимерного бетона:
  • Усадка при высыхании намного меньше по сравнению с цементным бетоном. Это делает его хорошо подходящим для толстых и сильно стесненных бетонных элементов конструкции.
  • Имеет низкую теплоту гидратации по сравнению с цементным бетоном.
  • Огнестойкость значительно выше, чем у бетона на основе OPC. -Ссылка — Статья — Джеймс Олдред и Джон Дэй.
  • Этот бетон имеет рейтинг проницаемости для хлоридов от «низкой» до «очень низкой» в соответствии со стандартом ASTM 1202C. Он обеспечивает лучшую защиту арматурной стали от коррозии по сравнению с традиционным цементным бетоном.
  • Было обнаружено, что этот бетон обладает очень высокой кислотостойкостью при испытании на воздействие 2% и 10% серной кислоты.

Применение геополимерного бетона Область применения такая же, как у цементобетона. Однако этот материал еще не нашел широкого применения в различных областях. Этот бетон использовался для строительства тротуаров, подпорных стен, резервуаров для воды, сборных мостовых настилов.

Недавно было построено первое в мире структурное здание Института глобальных изменений (GCI) Университета Квинсленда с использованием геополимерного бетона.Это четырехэтажное здание общественного назначения. Подробнее: Свойства геополимерного бетона с низким содержанием кальция летучей золы

Геополимерный бетон как экологичный материал: обзор последних достижений

https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.124762Получить права и содержание

Основные моменты

Всесторонний обзор геополимерного бетона.

Компоненты геополимерного бетона в деталях.

Характеристика геополимерного бетона.

Свойства геополимерного бетона.

Воздействие геополимерного бетона на окружающую среду.

Abstract

Рост населения и улучшение образа жизни людей привели к быстрому увеличению потребности зданий в энергии в наши дни. Рост спроса на энергию, нехватка ископаемого топлива и экологические проблемы являются важным мотивом для развития устойчивой и жизнеспособной инфраструктуры.Геополимерный (GP) композит, не содержащий цемента, изготовленный из различных отходов с высоким содержанием Al 2 SiO 3 и Na 2 SiO 3 /NaOH (щелочно-активированный кремнезем), развивается как выдающийся материал в целях устойчивости. Они также предпочтительны из-за меньшего выброса парниковых газов по сравнению с обычным портландцементом (OPC). Эта статья направлена ​​на представление устойчивой области и современного обзора композита GP. Представлены свойства композитов из различных геополимерных отходов вяжущих. Кроме того, также обсуждаются микроструктура и химические характеристики композитов GP. Также подчеркивается долговечность композита GP с учетом его износа в различных агрессивных средах. В конце была проведена оценка потенциала глобального потепления (GWP), а также представлены практические применения композитов GP в строительной отрасли.

ключевых слов

Геополимер

Геополимер

Устойчивость

Прочность

Материалы отходов

Характеристики

Характеристики

Приложения

Соотношение ALKALI

AAR

ALKALI ALLKALI

AAFA

ALKALI Активированная ALKALI ATIVE ATH

AD

средняя глубина истирания

АВПВ

кажущийся объем проницаемых пустот

БАГ

зольный геополимер

КАШ

кальций-алюмосиликат-гидрат

ЦШ

кальций силикат гидрат

ФГДГ

Фурье-00 серообессеривание гипс 90 инфракрасный 2ФГДГ

дымогаз 9003 гипс 90 инфракрасный Spectroscopy

GGBFS

Гранулированная доменная печь

GLSS

Гранулированный свинец SLAG

GWP

Глобальный потепленный потенциал

ГМНС

Глобальный теплосъемный потенциал

HMNS

Сумма для абразивного шлака

IA

сорт абразивного отряда

ITZ

Interfacial Regivition Zone

KHFA

Ultra-Fine Kao легкая высокоэффективная зола

LWAGC

легкий заполнитель геополимерный бетон

MPCM

микрокапсулированные материалы с фазовым переходом

NAGC

природный заполнитель геополимерный бетон

NASH

алюмосиликатный гель

NHNS

раствор гидроксида натрия плюс портландцемент 2 OPC

PCC

PORTLAND Цементный бетон

PFG

Palm Fly Flouch Geopolymer

PGS

Геополимерный ремонт с стальной шлаком

Ragc

Rexcled Совокупный геополимерный бетон

RCA

переработанный бетонный бетон

SBL

стирол-бутадиенский латекс

SEM

сканирующий электронный микроскоп

SFRGC

Композиты из зольной пыли и геополимера, армированные короткими волокнами

SS/SH

Соотношение силиката натрия и гидроксида натрия

Рекомендуемые статьиСсылки на статьи (0)

Просмотр полного текста

© 2021 Elsevier Ltd. Все права защищены.

Рекомендованные статьи

Ссылки на статьи

Значительно повышенная устойчивость к экстремальному воздействию щелочи

Геополимерные бетонные блоки, отвержденные при температуре 200 градусов Цельсия, а затем погруженные в экстремально щелочную среду на 14 дней при 80 градусах Цельсия (а и б), сопротивляются воздействию значительно лучше, чем блоки, отвержденные при температуре 600 градусов Цельсия и подвергнутые такому же воздействию. обработка (c и d) в этой серии изображений сканирующего электронного микроскопа.Блоки показывают наличие гелеобразного вещества, характерного для воздействия щелочи из 3М раствора NaOH. Термическое отверждение значительно снизило интенсивность воздействия, но не могло предотвратить его. Летучая зола, образующаяся при выработке угольной энергии, может быть переработана в геополимерный бетон высшего сорта. Однако критической проблемой долговечности была низкая устойчивость к щелочному воздействию. Исследователи UJ обнаружили, что высокотемпературная термообработка при 200 градусах Цельсия может вдвое уменьшить этот вредный механизм в геополимерных бетонах с летучей золой.Фото: д-р Абдольхоссейн Нагизаде, Йоханнесбургский университет.

Летучая зола, образующаяся на угольных электростанциях, является головной болью для окружающей среды, вызывая загрязнение грунтовых вод и воздуха из-за обширных свалок и золоотвалов. Часть отходов может быть переработана в геополимерный бетон, например, в сборные элементы, отверждаемые при нагревании, для конструкций.

Однако серьезной проблемой долговечности является низкая устойчивость к экстремальному воздействию щелочи.Исследователи из Йоханнесбургского университета обнаружили, что высокотемпературная термообработка (HTHT) может уменьшить этот вредный механизм в геополимерном бетоне на основе летучей золы наполовину.

«В ходе предыдущего исследования мы обнаружили, что геополимерный бетон с летучей золой может быть уязвимым в экстремально щелочных условиях. В результате исследования было рекомендовано не использовать этот материал в конструкциях, которые подвергаются воздействию сильно щелочных сред, таких как хранилища некоторых химикатов. «Результаты нашего нового исследования показывают, что щелочестойкость геополимерного бетона может быть значительно улучшена путем воздействия на него расчетной температуры, оптимальной для 200 градусов по Цельсию», — говорит доктор.Абдолхоссейн Нагизаде.

Исследование является частью докторской диссертации Нагизаде на кафедре строительных наук Йоханнесбургского университета.

Крайне щелочная среда

В исследовании, опубликованном в журнале Case Studies in Construction Materials , блоки геополимерных растворов зольной пыли подвергались термическому отверждению при температуре 100, 200, 400 или 600 градусов Цельсия в течение шести часов. Затем их погружали в воду, среднещелочную среду или крайне щелочную среду; и хранить при 80 градусах Цельсия в течение 14 дней или 28 дней, в зависимости от измерения производительности.

Длительное отверждение при нагревании в течение 28 дней было проведено для сравнения результатов с результатами, полученными в других исследованиях, в которых использовался тот же режим отверждения. Это длительное отверждение подходит для исследовательских целей, но не рекомендуется для фактического строительства. Среднещелочной средой служил 1М раствор NaOH. Крайне щелочной средой был 3М раствор NaOH.)

«Закаленные блоки, отвержденные при температуре 200 градусов, а затем погруженные в крайне щелочную среду (блоки «200/3М»), сохраняли остаточную прочность около 50% при температуре 22.6 МПа при щелочном воздействии. Блоки, отвержденные при других температурах, сохраняли гораздо более низкую остаточную прочность — от 10,3 до 14,6 МПа», — говорит Нагизаде.

«Блоки 200/3M, погруженные в крайне щелочную среду, показали лишь незначительное мелкое растрескивание, что свидетельствует о низком расширении по сравнению с другими, которые показали сильное растрескивание. Выщелачивание силикона и алюминия было самым низким для блоков 200/3M.

«Рентгеноструктурный анализ показал, что в связующей фазе блоков 200/3М образовались кристаллические минералы альбит и силлиманит.Снимки связующих 200/3M, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывают присутствие гелеобразного вещества, характерного для щелочного воздействия. Термическое лечение значительно снизило интенсивность приступа, но не могло его предотвратить», — говорит он.

«Высокотемпературная термообработка (ВТТО) при 200 градусах создавала этот эффект, препятствуя растворению непрореагировавших частиц летучей золы в затвердевшей матрице геополимерного бетона. Однако ВТО также снижала прочность на сжатие этих блоков на 26.7%.»

Лучше всего использовать в качестве сборного железобетона

Геополимерные вяжущие вещества

летучей золы обладают замечательными свойствами долговечности. По словам Нагизаде, среди них высокая устойчивость к реакции щелочь-кремнезем, превосходная кислотостойкость и высокая огнестойкость, низкая карбонизация и ограниченное воздействие сульфатов. Геополимерный цемент с летучей золой подходит в основном для сборного железобетона, изготовленного на заводе или в мастерской. Причина в том, что набор прочности геополимерных цементных смесей обычно происходит медленно при температуре окружающей среды.

Это делает термическое отверждение необходимым или существенным для быстрого набора прочности. Для этого могут быть адаптированы практические методы, установленные для термического отверждения сборного обычного портландцемента (OPC).

Это делает геополимеры летучей золы пригодными для изготовления сборных железобетонных элементов, таких как балки или фермы для зданий и мостов, железнодорожных шпал, стеновых панелей, пустотных плит и бетонных труб. Для обычного геополимерного бетона с летучей золой 24-часового периода нагрева при температуре от 60 до 80 градусов Цельсия будет достаточно для достижения достаточной прочности. Этот режим отверждения (температура и продолжительность) распространен в цементной промышленности, он также используется для некоторых бетонов на портландцементе.

Хотя использование геополимерного цемента растет с каждым годом, он не получил широкого распространения по сравнению с OPC. Геополимер использовался в качестве связующего в жилых конструкциях, мостах и ​​взлетно-посадочных полосах в основном в европейских странах, Китае, Австралии и США.

Цемент нового поколения

С середины 18 века OPC широко используется для производства бетона.Его характеристики долговечности хорошо изучены, и его долгосрочное поведение можно предсказать. Тем не менее, новое поколение цемента появляется как подходящая альтернатива OPC в определенных областях применения. Эти геополимерные цементы (или геополимерные вяжущие) имеют природу и микроструктуру, полностью отличающиеся от OPC.

Исходный материал, используемый для геополимерного связующего, должен содержать большое количество оксида алюминия и силикатов. По этому критерию квалифицируются многочисленные промышленные отходы или побочные продукты, в том числе зола рисовой шелухи, топливная зола пальмового масла и летучая зола угольных электростанций.Однако летучая зола имеет два преимущества при использовании в качестве геополимерного цемента, говорит Нагизаде.

На серии фотографий показано расширение геополимерных бетонных блоков из летучей золы, подвергнутых тепловому отверждению, а затем погруженных в экстремально щелочную среду при температуре 80 градусов Цельсия на 14 дней. Блоки, отвержденные при температуре 200 градусов по Цельсию, имеют лишь ограниченное мелкое растрескивание, что указывает на низкое расширение по сравнению с другими блоками. Летучая зола, образующаяся при выработке электроэнергии на угле, может быть переработана в геополимерный бетон.Однако критической проблемой долговечности была низкая устойчивость к щелочному воздействию. Исследователи из Университета Йоханнесбурга обнаружили, что высокотемпературная термообработка при 200 градусах Цельсия может вдвое уменьшить этот вредный механизм в геополимерных бетонах с летучей золой. Фото: д-р Абдольхоссейн Нагизаде, Йоханнесбургский университет.

Во-первых, летучая зола доступна в миллионах тонн по всему миру, в том числе в развивающихся странах. Использование летучей золы в качестве строительного материала потенциально может уменьшить некоторые из ее воздействий на окружающую среду.В настоящее время он утилизируется на обширных золоотвалах и свалках вблизи угольных электростанций, которые загрязняют воздух и грунтовые воды.

Вторым преимуществом летучей золы в качестве исходного материала для геополимерного цемента является ее химический состав. Как правило, летучая зола достаточно богата химически активными оксидами кремния и алюминия, что приводит к лучшей геополимеризации.

Это, в свою очередь, дает вяжущее с превосходными механическими, физическими и долговечными свойствами по сравнению с геополимерными бетонами, изготовленными с использованием других отходов, содержащих алюмосиликаты.

Более сложная конструкция смеси

При проектировании здания инженер должен убедиться, что бетон, используемый в конструкции, будет иметь ожидаемую прочность в течение всего срока службы. Однако физико-механические свойства бетона и других строительных материалов могут меняться со временем. Такие изменения могут повлиять на характеристики материала в течение срока службы конструкции.

Как правило, бетонная смесь OPC включает цемент, воду и заполнитель.Инженер-строитель разрабатывает смесь OPC, используя определенные пропорции этих трех ингредиентов для предполагаемой конструкции.

«Для геополимерного бетона на основе летучей золы, активированного силикатом натрия и гидроксидом натрия, состав смеси более сложный, чем для OPC», — говорит Нагизаде. «Участвуют дополнительные параметры: количество летучей золы, силиката натрия, гидроксида натрия, воды и заполнителя, а также концентрация гидроксида натрия, пропорция и качество стекла в щелочи.»

Зола-уноса из золоотвалов

В Южной Африке исследования по использованию летучей золы в качестве геополимерного цемента ограничены, говорит профессор Стивен Эколу. Эколу является соавтором исследования и бывшим руководителем Школы гражданского строительства и искусственной среды Йоханнесбургского университета.

«В существующем исследовании геополимерного бетона на основе летучей золы используется летучая зола, поступающая непосредственно с электростанций. Необходимы дальнейшие исследования по использованию летучей золы со свалок и золоотвалов, технически называемой «зольным остатком», для производства геополимерного цемента.

«Самыми большими исследовательскими вопросами являются вопросы качества материала, состава смеси и разработки технологии, обеспечивающей отверждение в условиях окружающей среды, а не нынешняя практика отверждения при повышенных температурах. большинство других форм геополимерных цементов могут быть лучше использованы в качестве заменителей OPC во всем мире», — говорит Эколу.

Не удлинитель бетона

В настоящее время небольшое количество летучей золы используется в качестве обычного наполнителя цемента.В Южной Африке это количество составляет 10% от ежегодно производимых 36 миллионов тонн. Его смешивают с клинкером для производства пуццоланового портландцемента (PPC).

Хотя летучая зола используется в качестве обычного наполнителя OPC, геополимерный бетон на основе летучей золы (FA-GC) не сочетается с бетоном на основе OPC.

Причина в том, что процесс гидратации OPC полностью отличается от реакции геополимеризации FA-GC. Кроме того, бетон на основе OPC и геополимерный бетон требуют различных условий отверждения.

Производство отличается от OPC

Основными этапами производства OPC являются процессы прокаливания и измельчения. В отличие от OPC, производство геополимеров не требует этих фаз. Геополимерные связующие на основе летучей золы состоят из двух компонентов: летучей золы и щелочного активатора. Обычно летучая зола используется в том виде, в каком она производится на электростанции, без необходимости дальнейшей обработки.

Растворы щелочных активаторов, такие как силикат натрия и гидроксид натрия, также широко производятся в промышленности.Они используются для различных целей, таких как производство моющих средств и текстиля.

«Зеленый» бетон

«Долгосрочная стойкость геополимерного цемента в различных условиях окружающей среды требует дальнейших исследований. Кроме того, строительной отрасли во всем мире не хватает технических знаний о производстве геополимеров. Чтобы использовать геополимерные связующие, инженеры, техники и строители должны пройти обучение по проектированию и производству. геополимерных бетонных смесей с заданными свойствами», — говорит Нагизаде.

«Нет никаких сомнений в том, что производство портландцемента в будущем необходимо ограничить из-за его огромного воздействия на окружающую среду. Это включает от 5 до 8% глобальных антропогенных выбросов углекислого газа в атмосферу, что способствует изменению климата», говорит Эколу.

Несколько исследований, в том числе проведенных в Университете Йоханнесбурга, показали, что геополимер летучей золы может проявлять превосходные или аналогичные свойства по сравнению с портландцементом. Это делает его подходящей альтернативой портландцементу в некоторых областях применения.

Кроме того, доступность летучей золы во всем мире, особенно в развивающихся странах, дает возможность производить более экономичный бетон, «более экологичный», чем обычный портландцемент, с точки зрения потенциального повторного использования проблемных отходов.


Промышленные побочные продукты, предназначенные для геополимерного цемента
Дополнительная информация: А.Нагизаде и др., Высокотемпературная термообработка (HTHT) для частичного смягчения воздействия щелочи на отвержденные геополимерные связующие из летучей золы, Примеры использования строительных материалов (2020). DOI: 10.1016/j.cscm.2020.e00341

Предоставлено Университет Йоханнесбурга

Цитата : Геополимерный бетон с летучей золой: значительно повышенная устойчивость к экстремальному щелочному воздействию (2020, 7 мая) получено 19 февраля 2022 г. с https://физ.org/news/2020-05-ash-geopolymer-concrete-significantly-resistance.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Влияние состава смеси на удобоукладываемость и прочность на сжатие самоуплотняющегося геополимерного бетона

Если у вас установлено соответствующее программное обеспечение, вы можете загрузить данные о цитировании статей в менеджер цитирования по вашему выбору.Просто выберите программное обеспечение менеджера из списка ниже и нажмите «Загрузить».

Цитируется по

1. Оценка прочности на сдвиг на границе раздела самоуплотняющегося геополимерного бетона с использованием теста на отталкивание

2. Геополимерный бетон с метакаолином для устойчивости: всесторонний обзор свойств сырья, синтеза, характеристик и потенциала заявка

3. Самоуплотняющиеся щелочно-активированные материалы: прогресс и перспективы

4. Устойчивое использование летучей золы: использование программирования экспрессии генов (GEP) и программирования мультиэкспрессии (MEP) для прогнозирования прочности на сжатие геополимерного бетона

5. Улучшенный анализ прочности на сжатие и трещиностойкости геополимера на основе природного грунта

6. Микроструктурные свойства и прочность на сжатие геополимерного цемента на основе золы-уноса, погруженного в рассол, насыщенный СО2, при повышенных температурах

7. Долговечность и микроструктурные исследования самоуплотняющегося геополимерного бетона с примесью летучей золы

8. Прочность на сжатие геополимерного бетона с помощью искусственной нейронной сети, системы адаптивного нейро-нечеткого интерфейса и программирования экспрессии генов с перекрестной проверкой K-Fold

9. Всесторонняя оценка потенциала глобального потепления геополимерного бетона

10. Применение программирования экспрессии генов (GEP) для прогнозирования прочности на сжатие геополимерного бетона

11. Прочность на сжатие геополимерного бетона на основе летучей золы с помощью программирования экспрессии генов и случайного леса GGBS, волластонит и оксид графена

14. Исследование влияния молярности NaOH и геометрии волокон ПВА на послерастрескивание и поведение при разрушении инженерного геополимерного композита

15. Состав смеси и механические свойства геополимера и бетона, активированного щелочью: обзор современного состояния и разработка нового унифицированного подхода

16. Влияние наноматериалов на свойства геополимеров, полученных из промышленных продукция: Обзор современного состояния дел

17. Сравнительное исследование характеристик текучести, прочности и долговечности геополимерного бетона на основе ГГБС

18. Влияние системы ферроцементной обмотки на прочность и поведение геополимербетонной балки

19. Характеристики геополимерного бетона на основе летучей золы, содержащего бамбуковую золу, при повышенной температуре

20. Тепловые и структурные характеристики геополимерного бетона, содержащего материал с фазовым переходом, инкапсулированный в керамзит

21. Обзор конструкции и свойств многофункционального активируемого щелочью материалы (ААМ)

22. Разработка самоуплотняющегося геополимерного бетона как устойчивого строительного материала

23. Оценка влияния молярности и соотношения щелочного активатора на технические свойства самоуплотняющегося щелочно-активированного бетона при температуре окружающей среды

24. Улучшение свойств самоуплотняющегося геополимерного бетона на основе молотого гранулированного доменного шлака путем введения золы рисовой шелухи

25. Изучение щелочеактивированного раствора, используемого для обычного ремонта железобетона

26. Самоуплотняющийся геополимерный бетон — обзор

27. Анализ чувствительности геополимерных цементных растворов на основе летучей золы: значение для цементирования нефтяных и газовых скважин

28. Влияние характеристик микроструктуры межфазной переходной зоны на прочность на сжатие самоуплотняющегося геополимерного бетона

Геополимерный цементный бетон | Urban Eden

Бетон — это общий термин, используемый для описания смеси заполнителей разного размера (например, песка и мелких камней), скрепленных вместе в матрице связующим веществом, также называемым цементом.Бетоны смешиваются во влажном состоянии, а затем высыхают, образуя твердый и прочный материал. Вяжущее, используемое в обычном бетоне, называется портландцемент. Связующим в геополимерной бетонной смеси, с другой стороны, является геополимерный цемент .

Что такое геополимерный цемент?

Геополимерные цементы

представляют собой класс материалов, которые сочетают в себе силикат алюминия с химическим активатором, таким как жидкое стекло. Алюмосиликаты включают различные природные глины, а также промышленные побочные продукты, такие как доменный шлак и летучая зола от сжигания угля.

Зачем использовать геополимерцементный бетон (GCC)?

Бетон марки

используется на протяжении тысячелетий во всем мире. Он популярен, потому что его можно залить, чтобы заполнить практически любое пространство и принять различные формы, но он затвердевает до прочного и долговечного материала. Многие древние бетонные здания все еще стоят, в том числе римский Пантеон с неармированным бетонным куполом высотой более 140 футов. Тенденция продолжается и сегодня, когда во всем мире выливается более 5 миллиардов тонн в год.Проблема с обычным бетоном на портландцементе (PCC) заключается в том, что он имеет высокую экологическую цену. Для производства портландцемента требуются большие печи, сжигающие ископаемое топливо, что приводит к загрязнению воздуха и выбросам углерода. В результате PCC несет ответственность за не менее 7% нашего мирового углеродного следа и, следовательно, вносит значительный вклад в изменение климата, вызванное деятельностью человека.

Геополимерные цементы

не требуют обжига при производстве и не выделяют CO2 во время отверждения.Хотя для отверждения их необходимо нагревать при низких температурах, энергия, необходимая для производства GCC, значительно меньше энергии, необходимой для смесей PCC, что приводит к сокращению выбросов углерода до 90% . Более того, GCC можно изготавливать из различных алюмосиликатных материалов, включая необработанные глины, что позволяет использовать в их производстве региональные и местные материалы. Это дополнительно снижает их воздействие на окружающую среду и повышает их практичность в различных ситуациях.Резюме: Смеси GCC могут иметь такие же физические и механические характеристики, что и смеси PCC, но с меньшим воздействием на окружающую среду .

Несмотря на то, что исследования геополимеров ведутся уже несколько десятилетий, насколько нам известно, UrbanEden — это первый в мире проект, в котором в качестве решения для ограждающих конструкций зданий используется геополимерный цементный бетон . Мы считаем, что GCC потенциально может изменить мир, и рады возможности представить ее столь широкому кругу общественности в рамках конкурса Solar Decathlon.

Как производится геополимерцементный бетон?

Геополимерные цементы

— это совершенно другой класс материалов, чем портландцемент, с совершенно другим химическим составом. Однако GCC можно производить на том же оборудовании, что и PCC. Мы изготовили сборные панели GCC, используемые для UrbanEden, на местном заводе по производству сборного железобетона. Основное отличие в производственном цикле заключается в том, что GCC необходимо нагревать (в нашем случае до 170 градусов по Фаренгейту) в течение определенного периода времени для отверждения. Это может быть достигнуто различными способами, в том числе с подогревом формовочных слоев и принудительным нагревом воздуха. Для UrbanEden мы замуровали трубы в бетон перед заливкой, затем окружили панели изоляцией и пропустили через трубы горячую воду, чтобы довести панели до температуры, необходимой для отверждения. Во внутренних помещениях эти трубы затем перепрофилируются как часть системы отопления и охлаждения здания.

Что такое летучая зола и насколько она безопасна?

Геополимеры можно производить с использованием алюмосиликатов из различных источников, включая природные глины и промышленные побочные продукты .Мы выбрали один из таких материалов, летучую золу, для использования в UrbanEden. Летучая зола состоит из мелких частиц, которые поднимаются с дымовыми газами при сжигании угля. В зависимости от состава сжигаемого угля летучая зола может содержать множество потенциально токсичных минеральных элементов, включая мышьяк, свинец и ртуть, в относительном объеме от следов до небольшого процента. Раньше в США при сжигании угля летучая зола просто выбрасывалась в атмосферу, вызывая значительное токсическое загрязнение.Благодаря экологическому регулированию в последние десятилетия были внедрены технологии для улавливания большей части этой золы.

Поскольку около 50% нашего производства электроэнергии производится из угля , теперь у нас есть много уловленной летучей золы . В настоящее время большая часть летучей золы вывозится на свалки, где существует опасность ее попадания в водоснабжение. Другой вариант — переработать его для повторного использования. С 1930-х годов летучая зола используется в качестве добавки к бетонным смесям, заменяя часть вяжущего портландцемента.Геополимерные цементные бетоны представляют собой главное новое направление в переработке летучей золы . Смеси GCC не только содержат гораздо больше летучей золы на единицу объема, чем PCC, но и имеют совершенно другой химический состав, что приводит к резкому сокращению выбросов CO2 .

Это безопасно? Можете ли вы использовать потенциально токсичный материал, чтобы построить здоровый, устойчивый дом? С нашей точки зрения, проект, посвященный созданию более чистой окружающей среды, является идеальным местом для борьбы с существующим промышленным загрязнителем.Честно говоря, мы бы предпочли жить в мире без запасов летучей золы, но они есть, так что мы будем с ними делать? Геополимерные цементные бетоны являются захватывающим вариантом, потому что они берут побочный продукт промышленности с высоким уровнем выбросов углерода, уголь, и используют его для замены тяжелого промышленного продукта с выбросами углерода, портландцемента.

Но безопасно ли это? Университет Северной Каролины Шарлотта является международным лидером в области исследований по количественной оценке рисков, связанных с тяжелыми металлами в странах Персидского залива. Чтобы ознакомиться с более подробной оценкой риска летучей золы в бетонной системе UrbanEden, написанной Dr. Бретт Темпест, профессор материаловедения, чья лаборатория создала наши смеси, см. Информационный бюллетень , прикрепленный ниже.

Подводя итог, можно сказать, что, хотя GCC, изготовленный из летучей золы, является непроверенной строительной технологией, многие тысячи зданий были построены в США за последние несколько десятилетий с использованием PCC с содержанием летучей золы. В результате исследований и испытаний общепризнано, что здания, построенные из этих смесей, не представляют опасности для здоровья жильцов. Обсуждение потенциальных опасностей, когда они происходят, обычно сосредоточено вокруг производства, сноса и утилизации… периодов, когда бетон содержит твердые частицы. Имеет смысл предположить аналогичные результаты для зданий GCC.

Тем не менее, GCC следует протестировать по существу. В серии испытаний, проведенных учеными Университета Северной Каролины в Шарлотте, GCC, изготовленный из летучей золы, был тонко измельчен и подвергнут агрессивному выщелачиванию в условиях, имитирующих наихудшие сценарии для разрушенного бетона. В этих тестах измеренные уровни тяжелых металлов находились в пределах установленных норм безопасности (поскольку к бетону не применяются специальные стандарты, использовался стандарт EPA для предельных значений содержания тяжелых металлов в почвах вокруг жилых зданий).Эти испытания будут применяться к снесенным GCC, измельченным и утилизированным. Кажется разумным предположить, что степень воздействия на жильцов здания, построенного из сборного железобетона, наверняка будет намного ниже, потому что летучая зола заперта в бетоне и недоступна в виде твердых частиц.

Даже перед лицом этих веских доказательств мы не хотим преуменьшать озабоченность по поводу безопасности смесей GCC с использованием летучей золы. Необходимы дополнительные исследования. После конкурса UrbanEden вернется в UNC Charlotte в качестве исследовательской лаборатории, где его результаты по этому и другим важным вопросам могут пополнить совокупность научных знаний.По этой и многим другим причинам мы считаем, что Solar Decathlon является идеальной площадкой для знакомства с геополимерным цементным бетоном в мире жилых зданий. Если, в конце концов, летучая зола считается опасной для здоровья в бетоне, используемом в зданиях, существует множество других легкодоступных алюмосиликатных материалов, которые можно использовать для создания столь же полезных смесей GCC.

Характеристики геополимерного бетона при пожаре

тезис

опубликовано 09.02.2017, 05:09 автором Zhao, Ren

Бетон на портландцементе является широко используемым строительным материалом.Однако, когда бетон на портландцементе подвергается воздействию огня, его механические свойства ухудшаются. Ухудшение состояния бетона обычно вызывается разложением гидрата портландцемента или термической несовместимостью между цементным тестом и заполнителем. Отслаивание, которое представляет собой насильственное или ненасильственное отрывание слоев или кусков бетона от поверхности конструктивного элемента, также может произойти, когда бетон подвергается воздействию быстро повышающихся температур. Обычно считается, что на растрескивание влияет нарастание порового давления воды и температурный градиент в бетоне при воздействии повышенных температур. Геополимер представляет собой альтернативный цементный материал, обладающий керамическими свойствами. Геополимер относится к семейству неорганических полимеров. Химический состав геополимера аналогичен природному цеолиту, но микроструктура аморфная. Предполагается, что геополимер обладает потенциально превосходной огнестойкостью благодаря своим аморфным и керамическим свойствам. Целью данной диссертации является изучение огнестойкости геополимерного материала и изучение растрескивания геополимерного материала при воздействии повышенных температур.В этой диссертации был представлен метод проведения испытания на растрескивание мелкомасштабного образца при воздействии быстрого повышения температуры с использованием общедоступной электрической печи. Углеводородный пожар и стандартное воздействие огня можно смоделировать, манипулируя местом воздействия на поверхность бетонного цилиндра. Были испытаны обычные бетонные цилиндры на портландцементе с различной прочностью. Результаты показали, что этот метод является эффективным и удобным для прогнозирования риска растрескивания бетона. Было изучено поведение геополимерного бетона на растрескивание с использованием испытания на воздействие на поверхность и стандартного испытания на возгорание в газовой печи. Было показано, что геополимерный бетон на основе 100% летучей золы обладает лучшей устойчивостью к растрескиванию при быстром повышении температуры, чем бетон на портландцементе. Изучение результатов испытаний геополимерных бетонов на сорбционную способность показало, что структура образца геополимерного бетона более пористая и имеет более сплошную пористую структуру, чем образец портландцементного бетона.Более пористая структура геополимера, чем у бетона OPC, способствует сбросу внутреннего давления пара при нагреве. Следовательно, в геополимерном бетоне возникает меньшее растягивающее напряжение, чем в бетоне на портландцементе, во время нагревания, что снижает риск растрескивания геополимера. При использовании шлака в качестве замены летучей золы в геополимерном вяжущем геополимерная паста и образцы бетона приобрели значительно большую прочность при комнатной температуре. Было показано, что величина усадки геополимера на основе золы-уноса и шлака значительно выше, чем у бетона на основе 100% золы-уноса и портландцемента.Исследована остаточная прочность геополимерного бетона на основе золы-уноса с замещением шлака после воздействия повышенной температуры. Установлено, что остаточная прочность геополимерного бетона на основе 100% золы-уноса после воздействия повышенной температуры увеличивается в интервале температур 200~500°С по сравнению с бетонами на основе ОРС. Геополимерный бетон на основе летучей золы с заменой шлака испытал потерю прочности в диапазоне температур 200~300°С, затем последовал набор прочности при 300~400°С, и еще одна потеря прочности после 500°С.Когда шлак использовался в качестве добавки к геополимерному бетону на основе летучей золы, общая потеря прочности геополимерных бетонов с заменой шлака после воздействия повышенных температур в диапазоне от 200 до 800°C была выше по сравнению с геополимерным бетоном на основе 100% летучей золы. она была значительно ниже, чем у образцов бетона на портландцементе. Проведено исследование свойств огнестойкости геополимерного материала на основе золы-уноса и шлака при воздействии углеводородного огня.После горения углеводородов на геополимерных бетонах не наблюдалось выкрашивания при использовании различных факторов в качестве вяжущего, замены шлака, щелочного жидкого активатора катионного типа, отверждения при комнатной температуре и при повышенной температуре. Испытания геополимерных бетонов на остаточную прочность после воздействия углеводородного огня показали аналогичный процент остаточной прочности по сравнению с результатом бетона на портландцементе. Однако отмечается, что высокопрочный портландцементный бетон растрескивался, в то время как высокопрочный геополимерный бетон все еще имел достаточно высокую остаточную прочность после воздействия огня.

История

Местоположение

Главный супервизор

Фрэнк Коллинз

Дополнительный руководитель 1

Jay Sanjayan

год награды

2011

Департамент, Школа или Центр

Гражданский инженер.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *