Рецептурно-технологическая эффективность осадочных пород различного состава и генезиса в цементных системах

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

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

Рубрика: Результаты исследований ученых и специалистов

Статья в выпуске: 1 т.14, 2022 года.

Бесплатный доступ

Введение. Важным компонентом современных модифицированных бетонов являются активные минеральные добавки, позволяющие управлять процессами структурообразования и свойствами цементных систем. Среди многочисленных видов минеральных модификаторов для цементных композитов к наиболее эффективным относят кремнеземные и алюмосиликатные добавки, содержащие в своем составе значительное количество наноразмерных частиц, в частности, наночастицы диоксида кремния, глин, оксидов алюминия и железа. При этом перспективным сырьем для получения такого рода модификаторов, наряду с отходами промышленности (микрокремнеземы, золы уноса, металлургические шлаки), могут выступать и распространенные осадочные породы - диатомиты, трепелы, опоки, полиминеральные глины и др. Целью данного исследования явилось установление закономерностей влияния минеральных добавок на основе осадочных пород различного состава и генезиса на технологические и физико-механические свойства цементных систем с выявлением наиболее эффективных модификаторов. Методы и материалы. В качестве минеральных добавок использовались кремневые (диатомит и опока), глинистые (прокаленные полиминеральные глины) и карбонатные (доломит и мел) осадочные породы ряда месторождений Республики Мордовия. Исследования химико-минералогического состава осадочных пород проводились методами рентгеноспектральной флуоресцентной спектрометрии и порошковой рентгеновской дифракции. Помимо химико-минералогического состава на начальном этапе исследования определялась удельная поверхность минеральных добавок и портландцемента на приборе дисперсионного анализа ПСХ-12 по методу Козени-Кармана. Рецептурно-технологическая эффективность применяемых минеральных модификаторов оценивалась по их влиянию на водопотребность, водоудерживающую способность, подвижность цементного теста и активность смешанного цементного вяжущего. Определение значений указанных физико-механических характеристик цементных систем проводилось с использованием стандартизированных и известных авторских методик. Результаты и обсуждение. Установлены корреляционные зависимости между показателями водопотребности, водоудерживающей способности, подвижности цементных систем и удельной поверхностью применяемых минеральных добавок. Кроме этого, выявлена связь между индексом активности исследуемых модификаторов и содержанием в их составе диоксида кремния. Заключение. По совокупности проведенных исследований были выявлены наиболее перспективные виды минеральных добавок: диатомит, опока и прокаленная полиминеральная глина. Повышенная эффективность данных модификаторов в цементных системах обусловлена особенностями их химико-минералогического состава, в частности, наличием активных кремнеземсодержащих компонентов (реакционноспособных минералов с аморфизированной структурой): опал-кристобалит-тридимитовая фаза - в диатомите и опоке; продукты частичного термического разрушения (дегидроксилирования) минералов каолинитовой и иллитовой групп - в прокаленной полиминеральной глине.

Еще

Цементная система, наномодификатор, минеральная добавка, осадочная порода, наночастица, химико-минералогический состав, физико-механические свойства, рецептурно-технологическая эффективность

Короткий адрес: https://readera.org/142231842

IDR: 142231842   |   DOI: 10.15828/2075-8545-2022-14-1-53-61

Список литературы Рецептурно-технологическая эффективность осадочных пород различного состава и генезиса в цементных системах

  • 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.
  • Иноземцев А.С., Королев Е.В. Сравнительный анализ влияния наномодифицирования и микродисперсного армирования на процесс и параметры разрушения высокопрочных легких бетонов // Строительные материалы. 2017. № 7. С. 11–15.
  • Фиговский О.Л., Бейлин Д.А., Пономарев А.Н. Успехи применения нанотехнологий в строительных материалах // Нанотехнологии в строительстве. 2012. № 3. С. 6–21.
  • 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.
  • 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.
  • Jacob J.D.S., Mascelani A.G., Steinmetz R.L.R., Costa F.A.D., Dalla Costa O.A. Use of silica fume and nanosilica in mortars attacked by acids present in pig manure. Procedia Structural Integrity. 2018; 11: 44–51. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2018.11.007.
  • Баженов Ю.М., Фаликман В.Р., Булгаков Б.И. Наноматериалы и нанотехнологии в современной технологии бетонов // Вестник МГСУ. 2012. № 12. С. 125–133.
  • 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.
  • Рассохин А.С., Пономарев А.Н., Фиговский О.Л. Микрокремнеземы различных типов для высокопрочных мелкозернистых бетонов // Инженерно-строительный журнал. 2018. № 2 (78). С. 151–160. https://doi.org/10.18720/MCE.78.12.
  • 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.
  • 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.
  • Mohammed A.M., Asaad D.S., Al-Hadithi A.I. Experimental and statistical evaluation of rheological properties of self-compacting concrete containing fly ash and ground granulated blast furnace slag. Journal of King Saud University – Engineering Sciences. 2021. https://doi.org/10.1016/j.jksues.2020.12.005.
  • 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.
  • Низина Т.А., Селяев В.П., Балыков А.С., Володин В.В., Коровкин Д.И. Оптимизация составов многокомпонентных мелкозернистых фибробетонов, модифицированных на различных масштабных уровнях // Нанотехнологии в строительстве. 2017. Том 9, № 2. С. 43–65. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2017-9-2-43-65.
  • Nizina T.A., Balykov A.S., Korovkin D.I., Volodin V.V. Modified fine-grained concretes based on highly filled self-compacting mixtures. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019; 481: 012048. https://doi.org/10.1088/1757-899X/481/1/012048.
  • 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.
  • Ahmadi Z., Esmaeili J., Kasaei J., Hajialioghli R. Properties of sustainable cement mortars containing high volume of raw diatomite. Sustainable Materials and Technologies. 2018; 16: 47–53. https://doi.org/10.1016/j.susmat2018.05.001.
  • Sabir B.B., Wild S., Bai J. Metakaolin and calcined clays as pozzolans for concrete: a review. Cement and Concrete Composites. 2001; 23 (6): 441–454. https://doi.org/10.1016/S0958-9465(00)00092-5.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 properties of hardened concrete. Cement and Concrete Composites. 2014; 46: 32–40. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2013.10.016.
Еще
Статья научная