Труды КНЦ (Технические науки вып.2/2025(16))

Введение Важнейшей задачей современного строительного материаловедения является сокращение использования портландцемента. Перспективным решением этой проблемы выступает создание бесцементных вяжущих, где особое место занимают вяжущие щелочной активации, включая геополимеры. Эти материалы представляют собой композиты на основе тонкодисперсных аморфных или кристаллических силикатов и алюмосиликатов природного либо техногенного происхождения, активируемых щелочными растворами. Понятие «геополимер» изначально относилось к щелочно-активированному метакаолину, производимому путем обжига каолиновой глины [1]. Однако со временем этот термин стал применяться к обширной группе низкокальциевых алюмосиликатных полимеров, которые являются частью более широкого класса щелочеактивированных вяжущих [2]. По своим свойствам вяжущие щелочной активации не уступают, а по некоторым параметрам превосходят традиционный портландцементный бетон. Они отличаются высокой прочностью при сжатии, устойчивостью к высоким температурам, радиационной стабильностью, а также стойкостью к кислотам и морской воде. Благодаря этим качествам такие материалы могут применяться не только в строительной отрасли, они также перспективны для использования в производстве огнеупоров, для очистки сточных вод, фиксации тяжелых металлов и радиоактивных отходов [3-5]. Для Мурманской области, где накоплены значительные объемы отходов горнорудных, металлургических производств, теплоэнергетики, особую актуальность приобретает разработка вяжущих щелочной активации для потребностей строительной отрасли, позволяющих эффективно утилизировать данное техногенное сырье. В данной работе приведен краткий обзор исследований, выполненных в ИХТРЭМС ФИЦ КНЦ РАН, по использованию горнопромышленных отходов Кольского полуострова для получения вяжущих щелочной активации, в том числе геополимеров. Результаты На Кольском полуострове накоплены огромные объемы магнезиально-железистого гранулированного шлака комбината «Печенганикель». Следует отметить, что медно-никелевые шлаки значительно отличаются по химическому составу от доменных, применимость которых для получения щелочеактивированных вяжущих известна давно [6]. Впервые шлакощелочные вяжущие с использованием шлаков цветной металлургии были синтезированы в Отделе технологии силикатных материалов ИХТРЭМС заслуженным строителем РФ к. т. н. Б. И. Гуревич и к. т. н. А. П. Зосиным [7]. Получение шлакощелочного вяжущего включает измельчение гранулированного магнезиально­ железистого шлака и затворение его раствором жидкого стекла. Вяжущее способно твердеть в нормальных условиях, а также при пониженной температуре воздуха, что важно для заполярных регионов. В зависимости от состава, вида заполнителя и способа твердения прочность при сжатии колеблется от 50 до 100 МПа, при изгибе — 3-14 МПа. Мелкозернистый бетон на шлакощелочном вяжущем через 28 сут твердения во влажных условиях имеет прочность при сжатии 85 МПа, при изгибе — 9 МПа, при растяжении — 4 МПа. Шлакощелочной мелкозернистый бетон обладает 100 %-й сульфатостойкостью, его водонепроницаемость выше 0,8 МПа [8]. Благодаря экспериментам по получению шлакощелочных бетонов, начатых в 60-х гг. прошлого столетия [7], получены уникальные результаты по долговечности такого материала. Показано, что прочность при сжатии ~100 МПа, набранная бетонами в течение первых двух лет при твердении как во влажных условиях, так и в воде, сохраняется на этом уровне на протяжении полувека (рис. 1). Механоактивация (МА) гранулированного медно-никелевого шлака в атмосфере СО 2 приводит к поглощению молекул углекислого газа наружными слоями шлаковых частиц в виде СО 3 ионов в результате действия эффекта механохимической карбонизации силикатов. По сравнению с МА шлака в воздушной среде это заметно повышает его реакционную способность в отношении жидкого стекла и прочность шлакощелочного вяжущего [9] (рис. 2). Разработаны геополимерные композиции на основе механоактивированных в атмосфере СО 2 смесей нефелинового концентрата (НК) и магнезиально-железистого шлака, а также нефелинсодержащих хвостов Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 2. С. 230-234. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 2. P. 230-234. © Калинкин А. М., Калинкина Е. В., Кругляк Е. А., Иванова А. Г., 2025 231