mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2024.8.1317-1327mgssuvest-339Research ArticleСтроительное материаловедениеConstruction material engineeringГидратация цементных вяжущих с минеральными добавками на основе глинистых и карбонатных породHydration of cement binders with mineral additives based on clay and carbonate rockshttps://orcid.org/0000-0002-3008-6242ВолодинВ. В.VolodinV. V.

Владимир Владимирович Володин — кандидат технических наук, инженер-исследователь научно-исследовательской лаборатории эколого-метеорологического мониторинга, строительных технологий и экспертиз

430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68

РИНЦ AuthorID: 933723, Scopus: 57195424982, ResearcherID: ААН-7738-2020

Vladimir V. Volodin — Candidate of Technical Sciences, research engineer of the Research Laboratory of Ecological and Meteorological Monitoring, Construction Technologies and Expertise

68 Bolshevistskaya st., Saransk, 430005

RSCI AuthorID: 933723, Scopus: 57195424982, ResearcherID: ААН-7738-2020

volodinvv1994@gmail.comТаракановО. В.TarakanovO. V.

Олег Вячеславович Тараканов — доктор технических наук, профессор, декан факультета управления территориями

440028, г. Пенза, ул. Германа Титова, д. 28

РИНЦ AuthorID: 448093, Scopus: 7004757888

Oleg V. Tarakanov — Doctor of Technical Sciences, Professor, Dean of the Faculty of Territorial Management

28 German Titov st., Penza, 440028

RSCI AuthorID: 448093, Scopus: 7004757888

tarov60@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2328-6238НизинаТ. А.NizinaT. A.

Татьяна Анатольевна Низина — доктор технических наук, профессор кафедры строительных конструкций

430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68

РИНЦ AuthorID: 131099, Scopus: 57190161363, ResearcherID: Р-2639-2017

Tat’yana A. Nizina — Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Building Structures

68 Bolshevistskaya st., Saransk, 430005

RSCI AuthorID: 131099, Scopus: 57190161363, ResearcherID: Р-2639-2017

nizinata@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3413-247XКяшкинВ. М.KyashkinV. M.

Владимир Михайлович Кяшкин — кандидат физико-математических наук, доцент, старший научный сотрудник кафедры физического материаловедения

430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68

РИНЦ AuthorID: 27869, Scopus: 7801669853, ResearcherID: AAE-1757-2019

Vladimir M. Kyashkin — Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor, Senior Researcher of the Department of Physical Materials Science

68 Bolshevistskaya st., Saransk, 430005

RSCI AuthorID: 27869, Scopus: 7801669853, ResearcherID: AAE-1757-2019

kyashkin@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9087-1608БалыковА. С.BalykovA. S.

Артемий Сергеевич Балыков — кандидат технических наук, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории эколого-метеорологического мониторинга, строительных технологий и экспертиз

430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68

РИНЦ AuthorID: 813269, Scopus: 57190170885, ResearcherID: AAF-4208-2020

Artemiy S. Balykov — Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher of the Research Laboratory of Ecological and Meteorological Monitoring, Construction Technologies and Expertise

68 Bolshevistskaya st., Saransk, 430005

RSCI AuthorID: 813269, Scopus: 57190170885, ResearcherID: AAF-4208-2020

artbalrun@yandex.ruНациональный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва (МГУ им. Н.П. Огарёва)РоссияOgarev Mordovia State UniversityRussian FederationПензенский государственный университет архитектуры и строительства (ПГУАС)РоссияPenza State University of Architecture and Construction (PGUAS)Russian FederationНациональный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва (МГУ им. Н.П. Огарёва)РоссияOgarev Mordovia State UniversityRussian Federation20243008202419813171327Copyright © Володин В.В., Тараканов О.В., Низина Т.А., Кяшкин В.М., Балыков А.С., 20242024Володин В.В., Тараканов О.В., Низина Т.А., Кяшкин В.М., Балыков А.С.Volodin V.V., Tarakanov O.V., Nizina T.A., Kyashkin V.M., Balykov A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/339Введение

Введение. Применение минеральных добавок (МД) в составах цементных бетонов дает возможность снижать расход портландцемента (ПЦ), что при возрастающих темпах строительства уменьшает негативное воздействие на экологию при его производстве. Однако высокая стоимость и территориальная ограниченность производства наиболее эффективных модификаторов (микрокремнезем, метакаолин) не позволяют в полном объеме удовлетворить возрастающий на них спрос. Разработка МД из широко распространенного сырья поможет решить проблему дефицита наиболее распространенных добавок, а также снизить объемы потребления ПЦ. Механизм твердения ПЦ с широко распространенными МД достаточно подробно изучен. При этом работы, описывающие процессы гидратации цементного вяжущего, модифицированного МД на основе термоактивированных глинистых и карбонатных пород, практически отсутствуют.

Материалы и методы

Материалы и методы. В качестве МД использованы: термоактивированная глина (Никитское месторождение, г. Саранск, Республика Мордовия), доломит (с. Ельники, Республика Мордовия), термоактивированная смесь глины и известняка (с. Атемар, Республика Мордовия). С применением метода рентгенофазового анализа исследованы механизмы действия указанных МД на процессы гидратации.

Результаты

Результаты. Установлено, что применение рассматриваемых МД позволяет повысить степень гидратации ПЦ и направлено изменять фазовый состав цементного камня.

Выводы

Выводы. Полученные данные свидетельствуют о перспективности и актуальности направления по разработке бетонов с модифицирующими добавками на основе термоактивированных полиминеральных глин и карбонатных пород, что позволяет расширить номенклатуру выпускаемых на сегодняшний день модифицированных цементных композитов за счет более полного использования местной минеральной сырьевой базы.

Introduction

Introduction. The use of mineral additives in cement concrete compositions makes it possible to reduce the consumption of Portland cement, which, with increasing construction rates, reduces the negative impact on the environment during its production. However, the high cost and territorial limitation of the production of the most effective modifiers (microsilica, metakaolin) do not allow to satisfy the growing demand for them. The development of mineral additives from widely used raw materials will help solve the problem of the deficit of the most common additives, as well as to reduce the consumption of Portland cement. The mechanism of hardening of Portland cement with widespread mineral additives was studied in sufficient detail. At the same time, there are practically no works describing the processes of hydration of cement binder modified with mineral additives based on thermally activated clay and carbonate rocks.

Materials and methods

Materials and methods. The following mineral additives were used: thermally activated clay (Nikitskoye deposit, Saransk, Republic of Mordovia), dolomite (Elniki village, Republic of Mordovia), thermally activated mixture of clay and limestone (Atemar village, Republic of Mordovia). Using the method of X-ray phase analysis, the mechanisms of action of these mineral additives on hydration processes are considered.

Results

Results. It was established that the use of these mineral additives makes it possible to increase the degree of hydration of Portland cement and change the phase composition of the cement stone in a targeted manner.

Conclusions

Conclusions. The data obtained indicate the prospects and relevance of the direction for the development of concretes with modifying additives based on thermally activated polymineral clays and carbonate rocks, which makes it possible to expand the range of modified cement composites produced today due to more complete use of the local mineral resource base.

цементный каменьполиминеральная глинадоломитизвестнякпластифицирующая добавкафазовый составcement stonepolymineral claydolomitelimestoneplasticizing additivephase compositionReferencesХозин В.Г., Хохряков О.В., Сибгатуллин И.Р. «Карбонатные» цементы низкой водопотребности. М. : АСВ, 2021. 366 с.Khozin V.G., Khokhryakov O.V., Sibgatullin I.R. “Carbonate” cements of low water demand. Moscow, ASV, 2021; 366. (rus.).Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Дондуков В.Г. Цементы и добавки для производства высокопрочных бетонов // Строительные материалы. 2017. № 11. С. 4–10. EDN ZWUFVB.Kaprielov S.S., Sheinfeld A.V., Dondukov V.G. Cements and additives for producing high-strength concretes. Construction Materials. 2017; 11:4-10. EDN ZWUFVB. (rus.).Калашников В.И., Тараканов О.В., Кузнецов Ю.С., Володин В.М., Белякова Е.А. Бетоны нового поколения на основе сухих тонкозернисто-порошковых смесей // Инженерно-строительный журнал. 2012. № 8 (34). С. 47–53. EDN PJWLHF. DOI: 10.5862/mce.34.7Kalashnikov V.I., Tarakanov O.V., Kusne-tsov Y.S., Volodin V.M., Belyakova E.A. Next generation concrete on the basis of fine-grained dry powder mixes. Magazine of Civil Engineering. 2012; 8(34):47-53. EDN PJWLHF. DOI: 10.5862/mce.34.7. (rus.).Tarakanov O.V., Belyakova E.A., Yurova V.S. On the issue of expanding the base of mineral and complex additives for cement concrete // E3S Web of Confe-rences. 2019. Vol. 135. Р. 01018. DOI: 10.1051/e3sconf/201913501018Tarakanov O.V., Belyakova E.A., Yurova V.S. On the issue of expanding the base of mineral and complex additives for cement concrete. E3S Web of Conferences. 2019; 135:01018. DOI: 10.1051/e3sconf/201913501018Tarakanov O.V., Belyakova E.A., Yurova V.S. Complex organomineral additives with hardening accelerator // Solid State Phenomena. 2018. Vol. 284. Рp. 929–935. DOI: 10.4028/www.scientific.net/ssp.284.929Tarakanov O.V., Belyakova E.A., Yurova V.S. Complex organomineral additives with hardening accelerator. Solid State Phenomena. 2018; 284:929-935. DOI: 10.4028/www.scientific.net/ssp.284.929Nizina T.A., Balykov A.S., Volodin V.V., Korovkin D.I. Fiber fine-grained concretes with polyfunctional modifying additives // Magazine of Civil Engineering. 2017. Nо. 4 (72). Рр. 73–83. DOI: 10.18720/MCE.72.9. EDN ZFCAMF.Nizina T.A., Balykov A.S., Volodin V.V., Korovkin D.I. Fiber fine-grained concretes with polyfunctional modifying additives. Magazine of Civil Engineering. 2017; 4(72):73-83. DOI: 10.18720/MCE.72.9. EDN ZFCAMF.Nizina T.A., Balykov A.S., Korovkin D.I., Volodin V.V. Physical and mechanical properties of modified fine-grained fibre-reinforced concretes containing carbon nanostructures // International Journal of Nanotechnology. 2019. Vol. 16. Issue 6/7/8/9/10. Р. 496. DOI: 10.1504/ijnt.2019.106621Nizina T.A., Balykov A.S., Korovkin D.I., Volodin V.V. Physical and mechanical properties of modified fine-grained fibre-reinforced concretes containing carbon nanostructures. International Journal of Nanotechnology. 2019; 16(6/7/8/9/10):496. DOI: 10.1504/ijnt.2019.106621Баженов Ю.М. Бетоноведение : учебник. М. : Изд-во АСВ, 2015. 144 с.Bazhenov Y.M. Concrete science : textbook. Moscow, ASV Publishing House, 2015; 144. (rus.).Нгуен Зоан Тунг Лам, Самченко С.В. Комплексный модификатор на основе алюминатного цемента и пуццолановой добавки // Вестник МГСУ. 2023. Т. 18. № 5. С. 709–716. DOI: 10.22227/1997-0935.2023.5.709-716Nguyen Doan Tung Lam, Samchenko S.V. Complex modifier based on alumina cement and pozzolanic addition. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2023; 18(5):709-716. DOI: 10.22227/19970935.2023.5.709-716 (rus.).Лам Н.З.Т., Самченко С.В., Швецова В.А., Булгаков Б.И. Влияние комплексных добавок на прочность цементного камня в раннем возрасте // Промышленное и гражданское строительство. 2023. № 5. С. 52–59. DOI: 10.33622/0869-7019.2023.05.52-59. EDN PFYHXG.Lam N.D.T., Samchenko S.V., Shvetsova V.A., Bulgakov B.I. Influence of complex additives on the strength of cement stone at an early age. Industrial and Civil Engineering. 2023; 5:52-59. DOI: 10.33622/0869-7019.2023.05.52-59. EDN PFYHXG. (rus.).Бутт Ю.М. Технология цемента и других вяжущих материалов. М. : Стройиздат, 1976. 407 с.Butt Y.M. Technology of cement and other binders. Moscow, Stroyizdat Publ., 1976; 407. (rus.).Habert G., Choupay N., Escadeillas G., Guillaume D., Montel J.M. Clay content of argillites: Influence on cement based mortars // Applied Clay Science. 2009. Vol. 43. Issue 3–4. Pp. 322–330. DOI: 10.1016/j.clay.2008.09.009Habert G., Choupay N., Escadeillas G., Guillaume D., Montel J.M. Clay content of argillites: Influence on cement based mortars. Applied Clay Science. 2009; 43(3-4):322-330. DOI: 10.1016/j.clay.2008.09.009Schulze S.E., Rickert J. Pozzolanic activity of calcined clays // SP-289: Twelfth International Conference on Recent Advances in Concrete Technology and Sustainability Issues. 2012.Schulze S.E., Rickert J. Pozzolanic activity of calcined clays. SP-289: Twelfth International Conference on Recent Advances in Concrete Technology and Sustainability Issues. 2012.Fernandez R., Martirena F., Scrivener K.L. The origin of the pozzolanic activity of calcined clay mine-rals: A comparison between kaolinite, illite and montmorillonite // Cement and Concrete Research. 2011. Vol. 41. Issue 1. Pp. 113–122. DOI: 10.1016/j.cemconres.2010.09.013Fernandez R., Martirena F., Scrivener K.L. The origin of the pozzolanic activity of calcined clay minerals: A comparison between kaolinite, illite and montmorillonite. Cement and Concrete Research. 2011; 41(1):113-122. DOI: 10.1016/j.cemconres.2010.09.013Rakhimov R.Z., Kamalova Z.A., Yermilova E.Y. Blended portland cement based on thermally activated clays and carbonate additives // Inorganic Materials: Applied Research. 2018. Vol. 9. Issue 4. Рp. 578–583. DOI: 10.1134/s2075113318040329Rakhimov R.Z., Kamalova Z.A., Yermilova E.Y. Blended portland cement based on thermally activated clays and carbonate additives. Inorganic Materials: Applied Research. 2018; 9(4):578-583. DOI: 10.1134/s2075113318040329Balykov 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. Vol. 1017. Рp. 61–70. DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.1017.61Balykov 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. DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.1017.61Nizina T., Balykov A., Volodin V., Kyashkin V. Structure and properties of cement systems with additives of calcined clay and carbonate rocks // Magazine of Civil Engineering. 2022. Nо. 8 (116). P. 11602. DOI: 10.34910/MCE.116.2. EDN XFXNAO.Nizina T., Balykov A., Volodin V., Kyashkin V. Structure and properties of cement systems with additives of calcined clay and carbonate rocks. Magazine of Civil Engineering. 2022; 8(116):11602. DOI: 10.34910/MCE.116.2. EDN XFXNAO.Володин В.В., Низина Т.А. Анализ минерально-сырьевой базы Республики Мордовия, пригодной для производства активных минеральных добавок // Эксперт: теория и практика. 2023. № 1 (20). С. 59–62. DOI: 10.51608/26867818_2023_1_59. EDN ZBEXPG.Volodin V.V., Nizina T.A. Analysis of the mineral raw material base of the republic of Mordovia suitable for the production of active mineral additives. Expert: Theory and Practice. 2023; 1(20):59-62. DOI: 10.51608/26867818_2023_1_59. EDN ZBEXPG. (rus.).Тейлор Х.Ф. Химия цементов. М. : Мир, 1996. 529 с.Taylor H.F. Chemistry of cements. Moscow, Mir Publ., 1996; 529. (rus.).Горшков В.С., Тимашев В.В., Савельев В.Г. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ : учебное пособие. М. : Высшая школа, 1981. 335 с.Gorshkov V.S., Timashev V.V., Savelyev V.G. Methods of physical and chemical analysis of binders : textbook. Moscow, Higher School Publ., 1981; 335. (rus.).Шейнфельд А.В., Каприелов С.С., Чилин И.А. Влияние температуры на параметры структуры и свойства цементных систем с органоминеральными модификаторами // Градостроительство и архитектура. 2017. Т. 7. № 1 (26). С. 58–63. DOI: 10.17673/Vestnik.2017.01.10. EDN YRDUEV.Sheinfeld A.V., Kaprielov S.S., Chilin I.A. Influence of temperature on the parameters of the structure and properties of cement systems with organo-mineral modifiers. Urban planning and architecture. 2017; 7(1):58-63. DOI: 10.17673/Vestnik.2017.01.10. EDN YRDUEV. (rus.).Detwiler R.J., Mehta P.K. Chemical and phy-sical effects of silica fume on the mechanical behavior of concrete // ACI Materials Journal. 1989. Vol. 86. Issue 6. Рp. 609–614. DOI: 10.14359/2281Detwiler R.J., Mehta P.K. Chemical and physical effects of silica fume on the mechanical behavior of concrete. ACI Materials Journal. 1989; 86(6):609-614. DOI: 10.14359/2281

The authors declare that there are no conflicts of interest present.