Оптимизация технологических параметров получения минеральных добавок на основе прокаленных глин и карбонатных пород для цементных систем

Автор: Балыков Артемий Сергеевич, Низина Татьяна Анатольевна, Володин Сергей Валерьевич

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

Рубрика: Результаты исследований ученых и специалистов

Статья в выпуске: 2 т.14, 2022 года.

Бесплатный доступ

Введение. Управление физико-химическими процессами структурообразования высокофункциональных цементных композитов может обеспечиваться на нескольких масштабных уровнях за счет использования модификаторов различной природы и механизма действия, в частности микро- и наноразмерных минеральных добавок природного и техногенного происхождения. Известно, что перспективным сырьем для получения минеральных модификаторов для цементных систем являются глинистые и карбонатные породы. Целью данного исследования явилось установление закономерностей влияния рецептурно-технологических параметров получения минеральных добавок (вещественный и гранулометрический состав, температура обжига) на основе прокаленных глинистых и карбонатных пород на их активность в цементных системах. Методы и материалы. Исходным сырьем для получения минеральных добавок являлись полиминеральные глины и карбонатные породы (доломит и мел) ряда месторождений Республики Мордовия. Удельная поверхность модификаторов определялась по методу Козени-Кармана на приборе дисперсионного анализа ПСХ-12. Исследование гранулометрического состава порошков осадочных пород осуществлялось методом лазерной дифракции. Изучение физико-химических процессов, протекающих при термообработке полиминеральных глин и карбонатных пород, проводилось с применением метода синхронного термического анализа. Оптимизация температуры обжига глинисто-карбонатных композиций осуществлялась по результатам исследования влияния их добавок на активность цементного вяжущего с определением индекса активности модификатора в соответствии с методикой ГОСТ Р 56178-2014. Результаты и обсуждение. По результатам исследования процессов дегидратации глинистых минералов установлено, что оптимальная температура обжига полиминеральных глин находится в области 500+800°C. Данному температурному диапазону соответствуют процессы начальной перестройки кристаллической структуры минералов каолинитовой и иллитовой групп, связанные с их дегидроксилированием, что способствует переходу указанных фаз в активную форму. Результаты исследования влияния добавок обожженных глинисто-карбонатных композиций на активность цементного вяжущего подтвердили данные термического анализа. Установлено, что получению наиболее эффективных минеральных модификаторов способствует прокаливание глин и глинисто-карбонатных смесей при температуре 700°C. Заключение. По совокупности исследований выявлены закономерности в системе «состав модификатора - температура обжига осадочных пород - активность смешанного вяжущего», позволяющие оптимизировать рецептурно-технологические параметры получения минеральных добавок для достижения требуемого уровня прочностных характеристик цементных композитов.

Еще

Цементная система, наномодификатор, прокаленная глина, карбонатная порода, гранулометрический состав, температура обжига, термогравиметрический анализ, дегидратация, активность, оптимизация

Короткий адрес: https://readera.org/142234141

IDR: 142234141

Список литературы Оптимизация технологических параметров получения минеральных добавок на основе прокаленных глин и карбонатных пород для цементных систем

  • Zhou M., Lu W., Song J., Lee G.C. Application of Ultra-High Performance Concrete in bridge engineering. Construction and Building Materials. 2018; 186: 1256–1267. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.08.036
  • 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
  • Калашников В.И. Эволюция развития составов и изменение прочности бетонов. Бетоны настоящего и будущего. Часть 1. Изменение составов и прочности бетонов // Строительные материалы. 2016. № 1-2. С. 96–103.
  • Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Кардумян Г.С., Чилин И.А. О подборе составов высококачественных бетонов с органоминеральными модификаторами // Строительные материалы. 2017. № 12. С. 58–63.
  • Балыков А.С., Низина Т.А., Кяшкин В.М., Володин С.В. Рецептурно-технологическая эффективность осадочных пород различного состава и генезиса в цементных системах // Нанотехнологии в строительстве. 2022. Т. 14, № 1. С. 53–61. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2022-14-1-53-61
  • Ghafari E., Costa H., Júlio E., Portugal A., Durães L. The effect of nanosilica addition on flowability, strength and transport properties of ultra high performance concrete. Materials and Design. 2014; 59: 1–9. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2014.02.051
  • Strokova V.V., Markova I.Yu., Markov A.Yu., Stepanenko M.A., Nerovnaya S.V., Bondarenko D.O., Botsman L.N. Properties of a composite cement binder using fuel ashes. Key Engineering Materials. 2022; 909: 184–190. https://doi.org/10.4028/p-tm4y4j
  • 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
  • Чернышов Е.М., Артамонова О.В., Славчева Г.С. Наномодифицирование цементных композитов на технологической стадии жизненного цикла // Нанотехнологии в строительстве. 2020. Том 12, № 3. С. 130–139. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2020-12-3-130-139
  • Тараканов О.В., Белякова Е.А. Влияние комплексных минеральных добавок на прочность и состав гидратации цементных материалов // Региональная архитектура и строительство. 2020. № 4(45). С. 46–52.
  • Фаликман В.Р., Соболев К.Г. «Простор за пределом», или как нанотехнологии могут изменить мир бетона. Часть 1 // Нанотехнологии в строительстве. 2010. Том 2, № 6. С. 17–31.
  • Низина Т.А., Балыков А.С. Построение экспериментально-статистических моделей «состав – свойство» физико-механических характеристик модифицированных дисперсно-армированных мелкозернистых бетонов // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. 2016. № 45 (64). С. 54–66.
  • Tironi A., Castellano C.C., Bonavetti V.L., Trezza M.A., Scian A.N., Irassar E.F. Kaolinitic calcined clays – Portland cement system: Hydration and properties. Construction and Building Materials. 2014; 64: 215–221. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.04.065
  • 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
  • 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
  • Кирсанова А.А., Крамар Л.Я. Органоминеральные модификаторы на основе метакаолина для цементных бетонов // Строительные материалы. 2013. № 11. С. 54–56.
  • Habert G., Choupay N., Escadeillas G., Guillaume D., Montel J.M. Clay content of argillites: Influence on cement based mortars. Applied Clay Science. 2009; 43: 322–330. https://doi.org/10.1016/j.clay.2008.09.009
  • Fernandez R., Martirena F., Scrivener K.L. The origin of the pozzolanic activity of calcined clay minerals: A comparison between kaolinite, illite and montmorrilonite. Cement and Concrete Research. 2011; 41: 113–122. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2010.09.013
  • Гайфуллин А.Р., Рахимов Р.З., Рахимова Н.Р. Влияние добавок глинитов в портландцемент на прочность при сжатии цементного камня // Инженерно-строительный журнал. 2015. № 7(59). С. 66–73. https://doi.org/10.5862/MCE.59.7
  • Володин В.В., Низина Т.А., Балыков А.С., Коровкин Д.И., Козлятников И.С., Башкаев Д.С., Григорьева А.А. Опыт применения обожженной глины в качестве минеральной добавки к цементным композитам // Долговечность строительных материалов, изделий и конструкций: материалы Всероссийской научно-технической конференции. Саранск: Издательство Мордовского университета, 2018. С. 36–42.
  • Lin R.-S., Wang X.-Y., Yi-Han. Effects of cement types and addition of quartz and limestone on the normal and carbonation curing of cement paste. Construction and Building Materials. 2021; 305: 124799. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.124799
  • Lollini F., Redaelli E., Bertolini L. Effects of portland cement replacement with limestone on the propertiesof hardened concrete. Cement and Concrete Composites. 2014; 46: 32–40. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2013.10.016
  • Celik K., Hay R., Hargis C.W., Moon J. Effect of volcanic ash pozzolan or limestone replacement on hydration of Portland cement. Construction and Building Materials. 2019; 197: 803–812. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.11.193
  • Antoni M., Rossen J., Martirena F., Scrivener K. Cement substitution by a combination of metakaolin and limestone. Cement and Concrete Research. 2012; 42: 1579–1589. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2012.09.006
  • Tang J., Wei S., Li W., Ma S., Ji P., Shen X. Synergistic effect of metakaolin and limestone on the hydration properties of Portland cement. Construction and Building Materials. 2019; 223: 177–184. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.06.059
Еще
Статья научная