ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Большое внимание в нашей стране и за рубежом уделяется утилизации боя искусственных стекол, являющихся основным видом вторичного сырья в стекольной и других отраслях промышленности. Использование отходов стекла целесообразно как с экономической, так и с экологической точек зрения. С экономической точки зрения использование стеклобоя является важнейшим источником сбережения остродефицитной кальцинированной соды. Кроме того, утилизация отходов стекла обеспечивает за счет соответствующего сокращения объема производства стекломассы, снижение загрязненности воздуха на 6-22%, уменьшение объема образования твердых отходов на 79% позволяет экономить 6% энергии, 50% чистой воды и 54% естественных ресурсов. В связи с этим определенный интерес представляет смешанное бесклинкерное вяжущее на основе боя искусственных щелочных стекол, разработанное на кафедре строительных материалов и специальных технологий ВолгГАСА.

Процесс твердения смешанного бесклинкерного вяжущего включает растворение, конденсацию и коллоидацию. Растворение бесклинкерного вяжущего можно рассматривать как процесс деполимеризации, осуществляемой посредством гидролиза. Для того, чтобы этот процесс протекал, необходим катализатор. Таким катализатором является гидроксил-ион в щелочных растворах. Адсорбированный на поверхности кремнезема ОН-ион повышает координатное число атомов кремния до 4 и более, тем самым ослабляя связь его с кислородом. После чего атом кремния переходит в раствор в виде силикат-иона, который при рН значительно меньше 11 гидрализуется с образованием молекул растворимого кремнезема Si(OH) ₂ и ионов ОН, затем процесс повторяется. В результате растворения кремнезема образуются пересыщенные растворы мономера Si(OH)4, которые, будучи термодинамически нестабильными, вследствие дегидрации подвергаются конденсационной полимеризации.

Процесс полимеризации включает конденсацию силанольных групп:

єSiOH+HOSiєЮєSiOSi+H ₂O,

приводящую к появлению молекулярно связанных единичных образований кремнезема с постоянно возрастающими размерами, причем такими образованиями являются агрегаты с возрастающим числом составляющих их частиц-золей, гелей. Близко расположенные соседние группы Si(OH) ₂ на полимерных разновидностях конденсируются, приводя к формированию более компактных разновидностей. Дальнейшая внутренняя конденсация объемных полимерных структур сопровождается перестройкой до более уплотненного состояния и приводит к образованию первичных коллоидных частиц SiO ₂, поверхность которых покрыта силанольными группами SiOH. При рН >9 коллоидные частицы кремнезема (золи) формируются и растут быстро. Далее идет процесс агрегации - образования вязких золей и гелей. При низких значениях рН частицы кремнезема несут очень незначительный ионный заряд и, следовательно, могут сталкиваться друг с другом и агрегатировать с образованием геля поликремниевой кислоты, обладающего вяжущими свойствами. Гель, находясь в метастабильном состоянии, стремится перейти в более устойчивые формы. При этом скорость переходов аморфного кремнезема и кристаллическое состояние возрастает с увеличением содержания ионов ОН и повышения температуры.

Введение в состав вяжущего алюмосодержащей добавки способствует нейтрализации щелочных поровых растворов после окончания процесса образования силикатных связок и образованию устойчивых щелочных гидроалюмосиликатов в виде четырехкомпонентных систем типа R2O=Al2O3-SiO2-H2O. Данная система проявляет гидравлические свойства. Следовательно, гидратация обязательное, но не достаточное условие проявления тонкомолотым стеклобоем, активизированного щелочным компонентом, гидравлических вяжущих свойств. Вторым условием, определяющим эти свойства, является присутствие в составе продуктов гидратации катионов алюминия, способных связывать щелочной гидрозоль кремниевой кислоты, возникающий в процессе гидратации. На основании всего этого был сделан вывод, что тонкодиспергированный стеклобой с алюмосодержащей добавкой можно использовать как гидравлическое вяжущее безавтоклавного твердения при условии дополнительной активизацией щелочью с доведением рН системы до значений выше 9,0. На основе стеклобоя разработано и предложено производство изделий из мелкозернистого бесклинкерного бетона безавтоклавного твердения.