Особенности модификации геополимера на основе перлита как экологически эффективного вяжущего

Увеличение спектра сырьевых материалов для синтеза геополимеров дает возможность расширения потенциальных областей их практического применения за счет доступности сырья, а также за счет выявления новых свойств этой группы бесцементных экологически эффективных или «зеленых» материалов. В работе изучено влияние двух факторов – типа минерального модифицирующего компонента и способа использования щелочного активирующего агента – на некоторые характеристики перлитового геополимерного вяжущего, такие как водопотребность (В/Т соотношение), средняя плотность и предел прочности при сжатии. В качестве минеральных модифицирующих компонентов были использованы: портландцемент, каолинит, метакаолин и цитрогипс. Установлено, что 24-часовая выдержка щелочного раствора NaOH снижает водопотребность геополимерной вяжущей системы до 46% по сравнению со свежеприготовленным раствором щелочи. Наиболее высокую водопотребность демонстрируют составы с использованием минеральных модификаторов, таких как портландцемент, каолинит и метакаолин. Выявлено, что тип минерального модификатора и способ введения щелочного активатора не оказывают ощутимого влияния на среднюю плотность геополимерного каркаса. Экспериментальные исследования показали, что введение таких модификаторов, как портландцемент и каолинит, в перлитовую геополимерную матрицу приводит к ее упрочнению от 0,32 до 2 раз.

Н.И. КОЖУХОВА^1,2, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46)
² Московский политехнический университет (107023, г. Москва, ул. Большая Семеновская, 38)

1. Das O., Babu K., Shanmugam V., Sykam K., Tebyetekerwa M., Esmaeely Neisiany R., Försth M., Sas G., Gonzalez-Libreros J., Capezza A.J., Hedenqvist M.S., Berto F., Ramakrishna S. Natural and industrial wastes for sustainable and renewable polymer composites. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2022. Vol. 158. 112054. DOI: 10.1016/j.rser.2021.112054
2. Delzell E. Wood dust and formaldehyde. Lyon: IARC, 1995. 423 p. DOI: 10.1016/s0003-2670(96)90555-3
3. Das O., Neisiany R.E., Capezza A.J., Hedenqvist M.S., Försth M., Xu Q., et al. The need for fully bio-based facemasks to counter coronavirus outbreaks: a perspective. Sci. Total Environ. 2020. Vol. 736. 139611. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.139611
4. Arumugaprabu V., Johnson R.D.J., Vigneshwaran S. Mechanical performance of nanocomposites and biomass-based composite materials and its applications: an overview. Handbook of nanomaterials and nanocomposites for energy and environmental applications. Cham: Springer International Publishing, Cham. 2020, pp. 1–14. DOI: 10.1007/978-3-030-11155-7_123-1
5. Алфимова Н.И., Пириева С.Ю., Елистраткин М.Ю., Кожухова Н.И., Титенко А.А. Обзорный анализ способов получения вяжущих из гипсосодержащих отходов промышленных производств // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2020. № 11. С. 8–23. DOI: 10.34031/2071-7318-2020-5-11-8-23
5. Alfimova N.I., Pirieva S.Yu., Elistratkin M.Yu., Kozhukhova N.I., Titenko A.A. Overview analysis of methods for obtaining binders from gypsum-containing industrial waste. Vestnik BSTU named after V.G. Shukhov. 2020. No. 11, pp. 8–23. (In Russian). DOI: 10.34031/2071-7318-2020-5-11-8-23
6. Wu Q., Laixing L., Shubo Ch., Tahir I., Xianbin X., Changqing D. Efficient strategy of utilizing alkaline liquid waste boosting biomass chemical looping gasification to produce hydrogen. Fuel Processing Technology. 2021. Vol. 217. 106818. DOI: 10.1016/j.fuproc.2021.106818
7. Sumit H. Dhawane, Eslam G. Al-Sakkari, Deepak Yadav Cost-effective viable solutions for existing technologies. Hazardous Waste Management. 2022, pp. 381–395. DOI: 10.1016/B978-0-12-824344-2.00033-1
8. Urase T., Okumura H., Panyosaranya S., Inamura A. Emission of volatile organic compounds from solid waste disposal sites and importance of heat management. Waste Manag. Res. 2008. Vol. 26. № 6. P. 534–538. DOI: 10.1177/0734242X07084321
9. Sano Y., Williams S. Fluxes of mantle and subducted carbon along convergent plate boundaries. Geophys. Res. Lett. 1996. Vol. 23, pp. 2749–2752. DOI: 10.1029/96GL02260
10. Fomina E.V., Kozhukhova N.I., Sverguzova S.V., Fomin A.E. Application of mathematical model methods for optimization tasks in construction materials technology. Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 1015 (5). 052015. DOI: 10.1088/1742-6596/1015/5/052015
11. Bhardwaj M. The Advantages and disadvantages of green technology. Journal of Basic and Applied Engineering Research. 2021, pp. 1957–1960. https://www.researchgate.net/publication/357269773_The_Advantages_and_Disadvantages_of_Green_Technology
12. Mohammed S. Imbabi, Collette Carrigan, Sean McKenna. Trends and developments in green cement and concrete technology. International Journal of Sustainable Built Environment. 2012. Vol. 1 (2), pp. 194–216 DOI: 10.1016/j.ijsbe.2013.05.001
13. Qamar Muhammad Zaid, Noor Mariya, Ali Wahid, Qamar Mohammad. Green technology and its implications worldwide. Inquisitive Meridian. 2021. Vol. 3. Iss. 10. https://www.researchgate.net/publication/350443477_Green_Technology_and_its_Implications_Worldwide
14. Zhang J., Ouyang Y., Ballesteros-Pérez P., Li H., Philbin S.P., Li Zh., Skitmore M. Understanding the impact of environmental regulations on green technology innovation efficiency in the construction industry. Sustainable Cities and Society. 2021. Vol. 65. 102647. DOI: 10.1016/j.scs.2020.102647
15. Kozhukhova N.I., Alfimova N.I., Kozhukhova M.I., Nikulin I.S., Glazkov R.A., Kolomytceva A.I. Supplementary mineral additive on physical and mechanical performance of granulated blast furnace slag-based alkali-activated binders. Recycling. 2023. Vol. 8 (1). No. 22. DOI: 10.3390/recycling8010022
16. Voropaev V., Alfimova N., Nikulin I., Nikulicheva T., Titenko A., Nikulichev V. Influence of gypsum-containing waste on ammonia binding in animal waste composting. Agriculture. 2021. Vol. 11. 1153. DOI: 10.3390/agriculture11111153
17. Alfimova N.I., Pirieva S.Yu., Elistratkin M.Yu., Nikulin I.S., Titenko A.A. Binders from gypsum-containing waste and products based on them. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 945 (1). 012057. DOI: 10.1088/1757-899X/945/1/012057
18. Трепалина Ю.Н., Кириллова Н.К. Керамический кирпич из сырья Якутии с добавлением тонкомолотого стеклобоя // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2019. № 4. C. 138–143. DOI: 10.34031/article_5cb1e65d798f87.83499465
18. Trepalina Yu.N., Kirillova N.K. Ceramic brick from the raw materials of Yakutia with the addition of finely ground cullet. Vestnik of the BSTU named after V.G. Shukhov. 2019. No. 4, pp. 138–143. DOI: 10.34031/article_5cb1e65d798f87.83499465
19. Calera The Science. 2013. https://designerlee.com/portfolio/websites/calera-site/beneficial-reuse-of-co2/science.html
20. Kozhukhova N.I., Fomina E.V., Zhernovsky I.V., Strokova V.V., Chizhov R.V. The utilization efficiency of natural alumosilicates in composite binders. Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 670–671, pp. 182–186. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.670-671.182
21. Espinoza-Hijazin Gaston, Paul Álvaro, Lopez Mauricio. Concrete containing natural pozzolans: new challenges for internal curing. Journal of Materials in Civil Engineering. 2012. Vol. 24, pp. 981–988. DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000421
22. Yu L.H., Ou H., Lee L.L. Investigation on pozzolanic effect of perlite powder in concrete. Cement and Concrete Research. 2003. Vol. 33, pp. 73–76. DOI: 10.1016/S0008-8846(02)00924-9
23. Erdem T.K., Meral Ç, Tokyay M., Erdoğan T.Y. Use of perlite as a pozzolanic addition in producing blended cements. Cement and Concrete Composites. 2007. 29 (1), pp. 13–21. DOI:10.1016/j.cemconcomp.2006.07.018
24. Erdogan S.T. Properties of ground perlite geopolymer mortars. Journal of Materials in Civil Engineering. 2014. Vol. 27 (7). 04014210. DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001172