Методологическое обоснование выбора стабилизатора суспензий тонкодисперсных частиц титаната висмута

Методологическое обоснование выбора стабилизатора суспензий тонкодисперсных частиц титаната висмута

Автор: Самченко Светлана Васильевна, Козлова Ирина Васильевна, Земскова Ольга Викторовна, Дударева Марина Олеговна

Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild

Рубрика: Строительное материаловедение

Статья в выпуске: 2 т.15, 2023 года.

Бесплатный доступ

Введение. Современный этап развития строительной индустрии и строительного материаловедения предполагает внедрение и широкое применение нано- и тонкодисперсных частиц, способных улучшить свойства традиционных материалов. Однако для этого необходимо обеспечить стабилизацию нано- и тонкодисперсных компонентов цементной системы. В качестве стабилизаторов могут применяться пластифицирующие добавки. Немаловажно установить их концентрацию. В связи с чем была обозначена цель работы, которая заключается в методологическом обосновании как стабилизирующего действия различных типов пластификаторов на суспензию тонкодисперсного синтетического титаната висмута, используемого в модифицировании цементных систем, так и установления пределов их оптимальных концентраций. Методы и материалы. Основные исследования в работе направлены на установления пределов оптимальных концентраций поликарбоксилатного и сульфонафталинформальдегидного пластификаторов. Определение пределов оптимальных концентраций пластификаторов проводили с помощью метода солюбилизации красителя, сталагмометрического и кондуктометрического методов, также проводились исследования по установлению стабилизирующего действия пластификаторов на суспензию тонкодисперсных частиц титаната висмута. Результаты. Для установления пределов оптимальной концентрации, способной обеспечить стабилизацию тонкодисперсных частиц титаната висмута в суспензии, были определены ККМ методом солюбилизации красителя, сталагмометрическим и кондуктометрическим методами. Установлено, что для пластификатора на поликарбоксилатной основе характерна одна точка ККМ, а для пластификатора на сульфонафталинформальдегидной основе характерны 2 точки ККМ: ККМ1 и ККМ2. При ККМ1 формируются неустойчивые сферические мицеллы, которые переходят в устойчивые в точке ККМ2. При концентрациях, превышающих значение ККМ2, происходят полиморфные превращения сферических мицелл в несферические асимметрические мицеллы. То же самое прослеживается для ККМ поликарбоксилатного пластификатора только в один этап, из чего можно сделать вывод, что выше ККМ для поликарбоксилатного пластификатора и ККМ2 для сульфонафталинформальдегидного пластификатора увеличивать концентрацию пластификаторов нельзя, что связано со структурными изменениями мицелл пластификаторов. Таким образом, предполагается, что для стабилизации тонкодисперсных частиц титаната висмута необходимо применять концентрацию пластификаторов в пределах, не превышающих значения ККМ для поликарбоксилатного пластификатора, и ККМ1 для сульфонафталинформальдегидного пластификатора. Заключение. На основании совокупности всех проведенных исследований были установлены пределы оптимальных концентраций пластификаторов для стабилизации тонкодисперсных частиц титаната висмута в суспензии. Для поликарбоксилатного пластификатора предел оптимальных концентраций составил 1,1-1,5 г/л; для сульфонафталинформальдегидного пластификатора - 2,2-4,0 г/л.

Еще

Тонкодисперсная добавка, пластификатор, титанат висмута, критическая концентрация мицеллообразования, методология, агрегативная и седиментационная устойчивость

Короткий адрес: https://sciup.org/142238054

IDR: 142238054   |   DOI: 10.15828/2075-8545-2023-15-2-97-109

Список литературы Методологическое обоснование выбора стабилизатора суспензий тонкодисперсных частиц титаната висмута

  • Tayeh B.A., Akeed M.H., Qaidi S., Bakar B.H.A. Ultra-high-performance concrete: Impacts of steel fibre shape and content on flowability, compressive strength and modulus of rupture. Case Studies in Construction Materials. 2022; 17: e01615. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01615
  • O’Hegarty R., Kinnane O., Newell J., West R. High performance, low carbon concrete for building cladding applications. Journal of Building Engineering. 2021; 43: 102566. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.102566
  • Shin H.O., Yoo D.Y., Lee J.H., Lee S.H., Yoon Y.S. Optimized mix design for 180 MPa ultra-high-strength concrete. Journal of Materials Research and Technology. 2019; 8: 4182–4197. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2019.07.027
  • Nizina T.A., Balykov A.S., Korovkin D.I., Volodin V.V. Physical and mechanical properties of modified finegrained fibre-reinforced concretes containing carbon nanostructures. International Journal of Nanotechnology. 2019; 16: 496–509. https://doi.org/10.1504/IJNT.2019.106621
  • Tolstoy A.D., Lesovik V.S., Zagorodnyuk L.Kh., Kovaleva I.A. Powder concretes with technogenic materials. Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering. 2015; 11: 101–109.
  • Kaprielov S.S., Sheinfeld A.V., Kardumyan G.S., Chilin I.A. About selection of compositions of high-quality concretes with organic-mineral modifiers. Construction Materials. 2017; 12: 58–63.
  • Kalashnikov V.I. Evolution of Development of Concretes Compositions and Change in Concrete Strength. Concretes of Present and Future. Part 1. Change in Compositions and Strength of Concretes. Construction Materials. 2016; 1-2: 96–103.
  • Chernyshov E.M., Makeev A.I. On the Problem of Control of Prescription-Technological Factors of Concrete Production in the Course of Design and Synthesis of its Optimal Structure. Academia. Architecture and Construction. 2018; 3: 135–143. https://doi.org/10.22337/2077-9038-2018-3-135-143
  • Bazhenov Yu.M., Chernyshov E.M., Korotkikh D.N. Designing of modern concrete structures: determining principles and technological platforms. Construction materials. 2014; 3: 6–14.
  • Sifan M., Nagaratnam B., Thamboo J., Poologanathan K., Corradi M. Development and prospectives of lightweight high strength concrete using lightweight aggregates. Construction and Building Materials. 2023; 362: 129628. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.129628
  • Zhou Y., Gong G., Huang Y., Chen C., Huang D., Chen Z., Guo M. Feasibility of incorporating recycled fine aggregate in high performance green lightweight engineered cementitious composites. Journal of Cleaner Production. 2021; 280: 124445. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124445
  • Wei H., Liu Y., Wu T., Liu X. Effect of Aggregate Size on Strength Characteristics of High Strength Lightweight Concrete. Materials. 2020; 13: 1314. https://doi.org/10.3390/ma13061314
  • Ye Y., Liu J., Zhang Z., Wang Z., Peng Q. Experimental study of high-strength steel fiber lightweight aggregate concrete on mechanical properties and toughness index. Advances in Materials Science and Engineering. 2020; 2020: 1–10. https://doi.org/10.1155/2020/5915034
  • Inozemtcev A.S., Korolev E.V., Smirnov V.A. Nanoscale modifier as an adhesive for hollow microspheres to increase the strength of high-strength lightweight concrete. Structural Concrete. 2017; 18: 67–74. https://doi.org/10.1002/suco.201500048
  • Yarmakovsky V.N. Multifunctional lightweight concretes for energy-saving industrial housing construction. Construction materials. 2012; 4: 4–12.
  • Inozemtsev A.S., Korolev E.V. Comparative analysis of the effect of nanomodification and microdisperse reinforcement on the process and parameters of destruction of high-strength lightweight concretes. Construction materials. 2017; 7: 11–15.
  • Kapeluszna E., Chrabąszcz K. Mutual compatibility of superplasticizers (PC, SNF), grinding aids (TEA, glycol) and C3A in Portland cement systems – Hydration, rheology, physical properties and air void characteristics. Construction and Building Materials. 2023; 373: 130877. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.130877
  • Lin X., Pang H., Wei D., Lu M., Liao B. Effect of superplasticizers with different anchor groups on the properties of cementitious systems. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2021; 630: 127207. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2021.127207
  • Smirnova O.M. 2016 Compatibility of portland cement and polycarboxylate-based superplasticizers in high-strength concrete for precast constructions Magazine of Civil Engineering. 2016; 6: 12–22. https://doi.org/10.5862/MCE.66.2
  • Mota dos Santos A.A., Cordeiro G.C. Investigation of particle characteristics and enhancing the pozzolanic activity of diatomite by grinding. Materials Chemistry and Physics. 2021; 270: 124799. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.124799
  • Taoukil D., El meski Y., Lahlaouti M.L., Djedjig R., El bouardi A. Effect of the use of diatomite as partial replacement of sand on thermal and mechanical properties of mortars. Journal of Building Engineering. 2021; 42: 103038. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.103038
  • Balykov A.S., Nizina T.A., Kyashkin V.M., Volodin S.V. Prescription and technological efficiency of sedimentary rocks of various composition and genesis in cement systems. Nanotechnologies in Construction. 2022; 14(1): 53–61. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2022-14-1-53-61
  • Kocak Y. Effects of metakaolin on the hydration development of Portland–composite cement. Journal of Building Engineering. 2020; 31: 101419. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101419
  • Gaifullin A.R., Rakhimov R.Z., Rakhimova N.R. The influence of clay additives in Portland cement on the compressive strength of the cement stone. Magazine of Civil Engineering. 2015; 7(59): 66–73. https://doi.org/10.5862/MCE.59.7
  • Balykov A.S., Nizina T.A., Volodin S.V. Optimization of technological parameters for obtaining mineral additives based on calcined clays and carbonate rocks for cement systems. Nanotechnologies in Construction. 2022; 14(2): 145–155. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2022-14-2-145-155
  • Balykov A.S., Nizina T.A., Volodin V.V., Kyashkin V.M. Effects of Calcination Temperature and Time on the Physical-Chemical Efficiency of Thermally Activated Clays in Cement Systems. Materials Science Forum. 2021; 1017: 61–70. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1017.61
  • Chand G., Happy S.K., Ram S. Assessment of the properties of sustainable concrete produced from quaternary blend of portland cement, glass powder, metakaolin and silica fume. Cleaner Engineering and Technology. 2021; 4: 100179. https://doi.org/10.1016/j.clet.2021.100179
  • Rassokhin A.S., Ponomarev A.N., Figovsky O.L. Silica fumes of different types for high-performance finegrained concrete. Magazine of Civil Engineering. 2018; 78: 151–160. https://doi.org/10.18720/MCE.78.12
  • Ribeiro R.P., Jaramillo Nieves L.J., Bernardin A.M. Effect of fiberglass waste and fly ash addition on the mechanical performance of Portland cement paste. Cleaner Materials. 2023; 7: 100176. https://doi.org/10.1016/j.clema.2023.100176
  • Nedunuri S.S.S.A., Sertse S.G., Muhammad S. Microstructural study of Portland cement partially replaced with fly ash, ground granulated blast furnace slag and silica fume as determined by pozzolanic activity. Construction and Building Materials. 2020; 238: 117561. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117561
  • Nontikansak M., Chaiyapoom P., Siriwatwechakul W., Jongvisuttisun P., Snguanyat C. Control the early-stage hydration of expansive additive from calcium sulfoaluminate clinker by polymer encapsulation. Cement. 2022; 8: 100021. https://doi.org/10.1016/j.cement.2022.100021
  • Carballosa P., García Calvo J.L., Revuelta D., Sánchez J.J., Gutiérrez J.P. Influence of cement and expansive additive types in the performance of self-stressing and self-compacting concretes for structural elements. Construction and Building Materials. 2015; 93: 223–229. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.05.113
  • Le Saoût G., Lothenbach B., Hori A., Higuchi T., Winnefeld F. Hydration of Portland cement with additions of calcium sulfoaluminates. Cement and Concrete Research. 2013; 43: 81–94. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2012.10.011
  • Bazhenov Yu.M., Falikman V.R., Bulgakov B.I. Nanomaterials and Nanotechnologies in the Present-day Concrete Technology. Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering. 2012; 12: 125–133.
  • Falikman V.R., Sobolev K.G. «There’s plenty of room at the bottom», or how nanotechnologies can change the world of concrete. Part 1. Nanotechnologies in Construction. 2010; 2(6): 17–31.
  • Nizina T.A., Ponomarev A.N., Balykov A.S., Korovkin D.I. Multicriteria optimization of the formulation of modified fine-grained fibre concretes containing carbon nanostructures. International Journal of Nanotechnology. 2018; 15: 333–346. https://doi.org/10.1504/IJNT.2018.094790
  • Lyashenko T.V. On neural networks and experimental and statistical modeling. In: Modeling and optimization of building composites. Odessa: Astroprint; 2016. p. 86–90.
  • Radchenko S.G. Analysis of methods for modeling complex systems. Mathematical machines and systems. 2015; 4: 123–127.
  • Shinkevich E.S., Chernyshov E.M., Lutskin E.S., Tymnyak A.B. Multicriterian optimization of composition and properties of activated lime-silica composites. Dry building mixes. 2013; 2: 33–37.
  • Jiang Y., Li H., Zhou Y. Compressive Strength Prediction of Fly Ash Concrete Using Machine Learning Techniques. Buildings. 2022; 12: 690. https://doi.org/10.3390/buildings12050690
  • Feng D.-C., Liu Z.-T., Wang X.-D., Chen Y., Chang J.-Q., Wei D.-F., Jiang Z.-M. Machine learning-based compressive strength prediction for concrete: An adaptive boosting approach. Construction and Building Materials. 2020; 230: 117000. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117000
  • Ziolkowski P., Niedostatkiewicz M. Machine Learning Techniques in Concrete Mix Design. Materials. 2019; 12: 1256. https://doi.org/10.3390/ma12081256
  • Naderpour H., Rafiean A.H., Fakharian P. Compressive strength prediction of environmentally friendly concrete using artificial neural networks. Journal of Building Engineering. 2018; 16: 213–219. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2018.01.007
Еще
Статья научная
SciUp 2024 © 2024 ©