Использование шлаков кислородно-конвертерного процесса (BOFS) в геополимерном растворе для модификации бетона гидротехнических сооружений: стабилизация свойств и снижение объемных изменений

Введение. Повышение требований к экологичности и устойчивости строительных материалов стимулирует использование промышленных отходов, таких как шлак кислородно-конвертерного производства (BOFS) и летучая зола (FA), в качестве альтернативных компонентов геополимерных растворов. Исследование направлено на оценку физико-механических свойств, микрои наноструктуры и устойчивости к щелочной кремнеземной реакции (ASR) геополимерных смесей на основе BOFS и FA, что особенно актуально для строительства гидротехнических сооружений. Методы и материалы. Использованы BOFS и FA класса F в качестве заполнителей и пуццолановых компонентов. Прочностные характеристики смесей определялись на 3, 7, 28 и 56 сутки. Анализ микрои наноструктуры и состава проводился с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM), энергодисперсионной спектроскопии (EDS) и рентгеновской дифракции (XRD). Расширение определялось по стандарту ASTM C 1260 в водной и щелочной средах при температуре 80 °C. Результаты и обсуждение. Оптимальные прочностные показатели (до 50 МПа на 28 сутки) были достигнуты при замещении 75% песка на BOFS и соотношении щелочных компонентов Na2SiO3/NaOH = 1. SEM и EDS показали формирование плотной гелеобразной структуры с включением N-A-S-H и CaCO3 фаз. В водной среде расширение всех образцов не превышало 0,1%, что соответствует критерию инертного заполнителя. В щелочной среде расширение достигало 0,25% в отдельных составах. Наблюдалась зависимость между микрои наноструктурой, содержанием активных фаз (Si, Al, Ca) и механическими свойствами. Заключение. Результаты показали, что BOFS и FA могут быть успешно использованы в составе геополимерных растворов, обеспечивая требуемую прочность, стабильность и устойчивость к ASR. Карбонизация и корректный подбор щелочных активаторов способствуют стабилизации BOFS и снижению его расширяющей активности. Это открывает перспективы применения данных материалов в производстве экологичных и долговечных строительных систем, особенно в гидротехническом строительстве.