Труды КНЦ (Технические науки вып.4/2023(14))

активации; их получают при взаимодействии алюмосиликатного сырья со щелочным агентом (растворы гидроксида натрия, жидкое стекло). Геополимерные материалы рассматриваются в качестве потенциальной замены портландцементу и перспективны для применения в качестве эффективных и экологически безопасных цементов и бетонов в строительной индустрии [1, 2]. Кроме того, геополимеры, благодаря уникальным физико-химическим свойствам, могут использоваться как матрицы для иммобилизации тяжелых металлов и радиоактивных отходов, а также как материалы для огне- и теплозащиты, для защиты от радиации, для очистки сточных вод и др. [3-5]. Недостатком низкокальциевой золы ТЭЦ является ее невысокая реакционная способность в геополимерном синтезе. Для ее повышения применяют предварительную механоактивацию (МА) золы [ 6 , 7]. Другим подходом для улучшения характеристик геополимеров является введение в золу различных добавок, в том числе карбонатных. В частности, установлено, что введение в золу известняка способствует росту прочности, причем карбонат не только играет роль наполнителя, но также может являться активной добавкой, то есть влиять на процессы геополимеризации золы [8-14]. Механизм влияния добавок карбонатов на формирование геополимерных структур при взаимодействии золы со щелочными агентами во многом остается неизученным. Нами впервые для синтеза геополимеров применены одновременно оба экспериментальных подхода - - дозированное введение природных и синтетических карбонатов щелочно-земельных металлов в золу и МА полученных смесей. Ранее были изучены геополимерные композиции на основе золы с добавками природных карбонатных минералов — кальцита [15], доломита [16] и магнезита [17]. В качестве щелочного агента был использован раствор гидроксида натрия, твердение проводилось при нормальных условиях. Показано, что добавка до 10 % кальцита или доломита к низкокальциевой золе и последующая МА смеси существенно повышают прочность при сжатии геополимеров, причем наблюдается синергетический эффект указанных двух факторов. В отличие от кальцита и доломита, добавка магнезита к золе не приводит к улучшению прочностных характеристик композиционного геополимера. Для изученных карбонатов кальция и магния прочность соответствующ их ком по зиционны х геополим еров ум еньш ается в ряду СаСОэ (кальцит) > CaMg(CO 3)2 (доломит) > MgCO 3 (магнезит). Целью данной работы в развитие наших предыдущих исследований [15-17] является синтез геополимеров на основе механоактивированных бинарных смесей золы с карбонатами стронция SrCO 3 и бария ВаСОэ, а также сравнение влияния карбонатной добавки к золе на физико-механические свойства геополимеров в ряду карбонатов щелочно-земельных металлов. Р е зу л ь т а ты Для получения геополимеров использовали низкокальциевую золу Апатитской ТЭЦ (Мурманская область), кальцит (Ковдорский массив, Мурманская область), магнезит марки СМ-1 Саткинской группы месторождений производства ООО «Группа “Магнезит”» (город Сатка, Челябинская область), а также синтетические карбонаты стронция и бария марки «чда». Химический состав золы, кальцита и магнезита приведен в работах [15, 17]. Помимо стеклофазы, основного компонента золы, ее кристаллическими компонентами являются а-кварц и муллит. В карбонатах примесными минералами являются: в кальците — авгит и полевой шпат (< 2 %), в магнезите — доломит, тальк и а-кварц (<3 %). Для проведения МА сырья использовали центробежно-планетарную мельницу АГО-2 со стальными барабанами и шарами диаметром 8 мм. Условия МА: центробежный фактор — 40 g; отношении массы шаров к массе загрузки — 6 : 1, продолжительность МА — до 400 с. Рентгенофазовый анализ (РФА) выполняли на дифрактометре Shimadzu XRD 6000 (ОдКа-излучение). Съемка рентгенограмм велась с шагом 0,02 о (2Ѳ), время накопления сигнала в каждой точке - - 1 с. Для синтеза геополимеров механоактивированные смеси золы с карбонатами (содержание карбонатной добавки в смеси составляло 1-10 мас. %) смешивали с 8,3 М раствором NaOH до получения теста нормальной густоты, из которого формировали кубики размером 1,41 х 1,41 х 1,41 см. Расход щелочи составлял 6 % в пересчете на N a 2 O по отношению к массе механоактивированной композиции. Образцы твердели на воздухе температуре 20 ± 2 оС и влажности — 95 -100 %. Данные по прочности при сжатии геополимеров на основе смесей золы карбонатами MCO 3 (M — Mg, Ca, Sr, Ba), механоактивированных 180 с, в возрасте 28 и 180 сут представлены на рисунках 1 и 2 соответственно. Полученные данные позволили выявить следующие закономерности. Кальцит Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 4. С. 168-174. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 4. P. 168-174. © Калинкин А. М., Калинкина Е. В., Кругляк Е. А., Иванова А. Г., 2023 169