mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2024.10.1629-1640mgssuvest-396Research ArticleСтроительное материаловедениеConstruction material engineeringСтруктура и свойства магнезиального камня, полученного активацией каустического доломитаStructure and properties of magnesia stone obtained by activation of caustic dolomitehttps://orcid.org/0000-0003-2382-1023БикаеваЮ. В.BikaevaYu. V.

Юлия Вячеславовна Бикаева — аспирант, ассистент кафедры технологии строительного производства

420043, г. Казань, ул. Зеленая, д. 1

РИНЦ AuthorID: 1045930, Scopus: 57213838597

Yuliya V. Bikaeva — postgraduate student, assistant of the Department of Construction Production Technology

1 Zelenaya st., Kazan, 420043

RSCI AuthorID: 1045930, Scopus: 57213838597

uliyaevstigneeva@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8879-1190ИбрагимовР. А.IbragimovR. A.

Руслан Абдирашитович Ибрагимов — кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой технологии строительного производства

420043, г. Казань, ул. Зеленая, д. 1

РИНЦ AuthorID: 619018, Scopus: 56504969400, ResearcherID: O-5968-2017

Ruslan A. Ibragimov — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Construction Production Technology

1 Zelenaya st., Kazan, 420043

RSCI AuthorID: 619018, Scopus: 56504969400, ResearcherID: O-5968-2017

rusmag007@yandex.comhttps://orcid.org/0000-0002-7524-3088ТвердовИ. Д.TverdovI. D.

Илья Дмитриевич Твердов — аналитик

420500, г. Иннополис, ул. Университетская, д. 1

Iliya D. Tverdov — analyst

1 Universitetskaya st., Innopolis, 420500

idtverdov@gmail.comКазанский государственный архитектурно-строительный университет (КГАСУ)РоссияKazan State University of Architecture and Engineering (KSUAE)Russian FederationУниверситет ИннополисРоссияInnopolis UniversityRussian Federation202431102024191016291640Copyright © Бикаева Ю.В., Ибрагимов Р.А., Твердов И.Д., 20242024Бикаева Ю.В., Ибрагимов Р.А., Твердов И.Д.Bikaeva Y.V., Ibragimov R.A., Tverdov I.D.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/396Введение

Введение. Представлено решение актуальной проблемы дефицита запасов сырья с высоким содержанием MgO путем вовлечения в производство низкомагнезиального сырья из доломитизированного известняка. Для этого предложено повышение активности вяжущего предварительной механоактивацией в аппарате вихревого слоя (АВС). Цель исследования — определение влияния механоактивации каустического доломита (КД) совместно с пластификаторами в АВС на состав, структуру и свойства магнезиального камня.

Материалы и методы

Материалы и методы. Механоактивация КД проводилась в АВС, анализ поверхности получаемого образца — на лазерном анализаторе. Для определения фазового состава полученных образцов применяли рентгенофазовый анализ.

Результаты

Результаты. Впервые исследованы закономерности твердения, фазового состава магнезиальных вяжущих от продолжительности диспергации порошка КД, концентрации пластифицирующих добавок. Получена плотная и прочная матрица с высокими физико-механическими свойствами. Изучено влияние пластифицирующих добавок на основе лигносульфоната, полиэфира поликарбоксилата и нафталинсульфоформальдегида на состав, свойства и структуру магнезиального камня до и после активации вяжущего. Определены наиболее эффективные концентрации добавок, повышающие прочность на сжатие магнезиального камня в возрасте 28 сут от 35 до 120 %. Установлен оптимальный диапазон продолжительности активации и научно обосновано его влияние на физико-химические, морфологические свойства полученных образцов.

Выводы

Выводы. Активация магнезиального вяжущего совместно с добавками при оптимальном режиме обработки в АВС позволяет получить магнезиальный камень с регулируемым набором свойств: высокой плотностью, прочностью на сжатие в марочном возрасте. Повышение прочности модифицированного магнезиального камня образцов, активированных в АВС совместно с добавкой пластификатора, объясняется формируемой структурой с большей плотностью, сниженным размером кристаллитов и высокой плотностью дислокаций.

Introduction

Introduction. The solution of the actual problem of deficit of reserves of raw materials with high MgO content by involving low-magnesian raw materials from dolomitized limestone into production is presented. For this purpose, it was proposed to increase the activity of the binder using preliminary mechanical activation in the vortex layer device. The aim of the study is to determine the effect of mechanical activation of caustic dolomite with plasticizers in the vortex layer device on the composition, structure and properties of magnesia stone.

Materials and methods

Materials and methods. Mechanical activation of the caustic dolomite was performed using a vortex layer device and the surface analysis of obtained specimens was carried out using a laser analyzer. X-ray analysis was used to determine the phase composition of the obtained specimens.

Results

Results. Regularities of hardening, phase composition of magnesia binders from duration of dispersion of caustic dolomite powder and concentration of plasticizing additives were investigated for the first time. A dense and strong matrix with high physical and mechanical properties is obtained. The effect of plasticizing additives based on lignosulfonate, polyester polycarboxylate and naphthalene sulfate formaldehyde on the composition, properties and structure of magnesia stone before and after activation of the binder is studied. The most effective additive concentrations were determined to increase the compression strength of magnesia stone from 35 to 120 % at the age of 28 days. The optimal duration range of activation was established and scientifically validated its impact on physical-chemical and morphological properties of the obtained specimens.

Conclusions

Conclusions. Activation of magnesia binder with additives under optimal treatment conditions in the vortex layer device allows to obtain a magnesia stone with an adjustable set of properties: high density, compression strength in grades. The increase in strength of modified magnesia stones activated in vortex layer device with the addition of plasticizer is explained by higher density structure, low crystallite size and high density of dislocations.

активностькаустический доломитмеханоактивациямагнезиальный каменьаппарат вихревого слояactivitycaustic dolomitemechanical activationmagnesia stonevortex layer deviceИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-29-00524 (URL: https://rscf.ru/project/24-29-00524/).The study was carried out at the expense of grant of Russian Science Foundation No. 24-29-00524 (URL: https://rscf.ru/project/24-29-00524/).ReferencesРахимов Р.З. Топливно-энергетический комплекс, экология и минеральные вяжущие вещества // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2022. № 3 (61). С. 67–74. DOI: 10.52409/20731523_2022_3_67. EDN HOAOTX.Rakhimov R.Z. Fuel and energy complex, ecology and mineral binders. News of the Kazan State University of Architecture and Engineering. 2022; 3(61):67-74. DOI: 10.52409/20731523_2022_3_67. EDN HOAOTX. (rus.).Хозин В.Г. Перспективы развития отрасли строительных материалов в свете использования вторичных ресурсов // Полимеры в строительстве: научный интернет-журнал. 2023. № 1 (11). С. 22–29. EDN NEVNVS.Khozin V.G. Prospects for the development of the building materials industry in the light of the use of secondary resources. Polymers in Construction: Scientific Online Journal. 2023; 1(11):22-29. EDN NEVNVS. (rus.).Ермилова Е.Ю., Камалова З.А. Композиционные портландцементы с комплексными минеральными добавками как решение проблемы утилизации техногенных отходов промышленности // Строительные конструкции, здания и сооружения. 2023. № 2 (3). С. 4–10. EDN KANWFM.Ermilova E.Yu., Kamalova Z.A. Blended Portland cements with complex mineral additives as a solution of the problem man-made industrial waste utilization. Construction, Buildings and Structures. 2023; 2(3):4-10. EDN KANWFM. (rus.).Зырянова В.Н., Бердов Г.И. Магнезиальные вяжущие вещества из высокомагнезиальных отходов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2005. № 10 (562). С. 46–53. EDN PFAKQX.Zyryanova V.N., Berdov G.I. Magnesium binders from high-magnesium waste. News of Higher Educational Institutions. Construction. 2005; 10(562):46-53. EDN PFAKQX. (rus.).Третьяков Ю.Д. Твердофазные реакции. М. : Химия, 1978. 359 с.Tretyakov Yu. Solid-phase reactions. Moscow, Khimiya, 1978; 359. (rus.).Воскресенская Л.Е. Некоторые аспекты получения магнезиальных вяжущих нового поколения // Образование. Наука. Культура : мат. Междунар. науч. форума. 2016. С. 857–862. EDN ZNZXHB.Voskresenskaya L.E. Some Aspects of Making Next-Generation Magnesium Binders. Education. Science. Culture : materials of the international scientific forum. 2016; 857-862. EDN ZNZXHB. (rus.).Марчик Е.В. Твердение магнезиального цемента на основе каустического доломита // Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наук. 2010. № 3. С. 10–14. EDN GBOZIK.Marchik E.V. Hardening of magnesium cement based on caustic dolomite. Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical Series. 2010; 3:10-14. EDN GBOZIK. (rus.).Ибрагимов Р.А., Королев Е.В. Прочность композитов на основе модифицированного портландцемента, активированного в аппарате вихревого слоя // Промышленное и гражданское строительство. 2021. № 1. С. 35–41. DOI: 10.33622/0869-7019.2021.01.35-41. EDN UZUOSG.Ibragimov R.A., Korolev E.V. Strength of composites on Portland cement modified with carbon nano-tubes and processed in a vortex layer apparatus. Industrial and Civil Engineering. 2021; 1:35-41. DOI: 10.33622/0869-7019.2021.01.35-41. EDN UZUOSG. (rus.).Малкин А.И. Закономерности и механизмы эффекта Ребиндера // Коллоидный журнал. 2012. Т. 74. № 2. С. 239. EDN OWEPSL.Malkin A.I. Regularities and mechanisms of the re-hbinder’s effect. Colloid Journal. 2012; 74(2):239. EDN OWEPSL. (rus.).Голик В.И., Титова А.В. Комбинированные технологии активации минерального сырья // Горная промышленность. 2021. № 5. С. 100–105. DOI: 10.30686/1609-9192-2021-5-100-105. EDN NNYLBN.Golik V.I., Titova A.V. Combined activation technologies mineral raw materials. Mining Industry. 2021; 5:100-105. DOI: 10.30686/1609-9192-2021-5-100-105. EDN NNYLBN. (rus.).Ибрагимов Р.А., Потапова Л.И., Королев Е.В. Исследование структурообразования активированного наномодифицированного цементного камня методом ИК-спектроскопия // Известия Казан-ского государственного архитектурно-строительного университета. 2021. № 3 (57). С. 41–49. DOI: 10.52409/20731523_2021_3_41. EDN XHUPYY.Ibragimov R.A., Potapova L.I., Korolev E.V. Investigation of structure formation of activated nanomodified cement stone by IR spectroscopy. News of the Kazan State University of Architecture and Engineering. 2021; 3(57):41-49. DOI: 10.52409/20731523_2021_3_41. EDN XHUPYY. (rus.).Косарева А.В., Савицкая Ю.А., Харламова К.И. Оценка эффективности методов фракционирования дисперсных микрочастиц // Полимеры в строительстве: научный интернет-журнал. 2024. № 1 (12). С. 100–103. EDN AENNLJ.Kosareva A.V., Savitskaya Yu.A., Kharlamova K.I. Evaluation of the effectiveness of fractionation methods of dispersed microparticles. Polymers in Construction: Scientific Online Journal. 2024; 1(12):100-103. EDN AENNLJ. (rus.).Вдовин Е.А., Буланов П.Е., Строганов В.Ф. Повышение характеристик дорожных цементогрунтов кремнийорганическими соединениями // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2023. № 4 (66). С. 301–309. DOI: 10.52409/20731523_2023_4_301. EDN JZUJND.Vdovin E.A., Bulanov P.E., Stroganov V.F. Improving the characteristics of road soil-cement with organosilicon compounds. News of the Kazan State University of Architecture and Engineering. 2023; 4(66):301-309. DOI: 10.52409/20731523_2023_4_301. EDN JZUJND. (rus.).Makó É. The effect of quartz content on the mechanical activation of dolomite // Journal of the European Ceramic Society. 2007. Vol. 27. Issue 2–3. Pp. 535–540. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2006.04.170Makó É. The effect of quartz content on the mechanical activation of dolomite. Journal of the European Ceramic Society. 2007; 27(2-3):535-540. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2006.04.170Tole I., Habermehl-Cwirzen K., Rajczakowska M., Cwirzen A. Activation of a raw clay by Mechanochemical process — effects of various parameters on the process efficiency and cementitious properties // Materials. 2018. Vol. 11. Issue 10. P. 1860. DOI: 10.3390/ma11101860Tole I., Habermehl-Cwirzen K., Rajczakowska M., Cwirzen A. Activation of a raw clay by Mechanochemical process — effects of various parameters on the process efficiency and cementitious properties. Materials. 2018; 11(10):1860. DOI: 10.3390/ma11101860Ходаков Г.С. Физика измельчения. М. : Наука, 1972. 307 с.Khodakov G.S. Grinding physics. Moscow, Nauka, 1972; 307. (rus.).Гаджиев А.М., Курбанов Р.М., Хаджишалапов Г.Н., Хежев Т.А. Влияние зернового состава заполнителя на свойства жаростойкого базальтового бетона // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2017. Т. 44. № 3. С. 146–155. DOI: 10.21822/2073-6185-2017-44-3-146-155. EDN ZWDGFD.Gadzhiev A.M., Kurbanov R.M., Khadzhishalapov Kh.N., Hejev T.A. The influence of the filler grain composition on the properties of the heat-resistant basaltic concrete. Herald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences. 2017; 44(3):146-155. DOI: 10.21822/2073-6185-2017-44-3-146-155. EDN ZWDGFD. (rus.).Вольф А.В., Маноха А.М., Аладикова О.Е. Влияние модифицирующих добавок на свойства магнезиальных вяжущих веществ // Ползуновский альманах. 2019. № 2–1. С. 49–52. EDN WDSMQR.Vol′f A.V., Manokha A.M., Aladikova O.E. Effect of modifying additives on the properties of magnesium binders. Polzunovsky Almanac. 2019; 2-1:49-52. EDN WDSMQR. (rus.).Черных Т.Н., Ульрих Д.В., Криушин М.В. Регулирование подвижности хлормагнезиальных композиций // Инженерный вестник Дона. 2021. № 12 (84). С. 409–419. EDN AGLGYY.Chernykh T.N., Ulrikh D.V., Kriushin M.V. Plasticization of mixtures based on oxychloride cement using additives. Engineering journal of Don. 2021; 12(84):409-419. EDN AGLGYY. (rus.).Ибрагимов Р.А., Королев Е.В., Дебердеев Т.Р., Лексин В.В. Прочность тяжелого бетона на портландцементе, обработанном в аппарате вихревого слоя // Строительные материалы. 2017. № 10. С. 28–31. EDN ZRPHGT.Ibragimov R.A., Korolev E.V., Deberdeev T.R., Leksin V.V. Durability of heavy-weight concrete with Portland cement treated in apparatus of vortex layer. Construction Materials. 2017; 10:28-31. EDN ZRPHGT. (rus.).Bikaeva Y., Ibragimov R., Korolev E., Kiyamov I., Kiyamova L. Low-temperature calcination composite binder from dolomite and its application to facing board materials // Case Studies in Construction Materials. 2023. Vol. 19. P. e02338. DOI: 10.1016/j.cscm.2023.e02338Bikaeva Y., Ibragimov R., Korolev E., Kiyamov I., Kiyamova L. Low-temperature calcination composite binder from dolomite and its application to facing board materials. Case Studies in Construction Materials. 2023; 19:e02338. DOI: 10.1016/j.cscm.2023.e02338Макридин Н.И., Королев Е.В., Максимова И.Н. Структурообразование и конструкционная прочность цементных композитов : монография. М. : МГСУ, 2013. 152 с. EDN ROKBIJ.Makridin N.I., Korolev E.V., Maksimova I.N. Structure formation and structural strength of cement composites. Moscow, MGSU, 2013; 152. EDN ROKBIJ. (rus.).Фетисов Г.В. Синхротронное излучение. Методы исследования структуры веществ. М., 2007. 672 с. EDN MUYCUL.Fetisov G.V. Synchrotron radiation. Methods of studying the structure of substances. Moscow, 2007; 672. EDN MUYCUL. (rus.).Зимич В.В., Крамар Л.Я., Черных Т.Н., Пудовиков В.Н., Перминов А.В. Особенности влияния добавки золя гидроксида железа на структуру и свойства магнезиального камня // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2011. № 35 (252). С. 25–32. EDN OJNPPD.Zimich V.V., Kramar L.Ya., Chernich T.N., Pudovikov V.N., Perminov A.V. Peculiar features of influence of admixture of iron hydroxide sol on the structure and properties of magnesia stone. Bulletin of SUSU. Series “Construction Engineering and Architecture”. 2011; 35(252):25-32. EDN OJNPPD. (rus.).Винокуров С.Е., Куликова С.А., Крупская В.В., Тюпина Е.А. Влияние характеристик порошка оксида магния на состав и прочность магний-калий-фосфатного компаунда для отверждения радиоактивных отходов // Журнал прикладной химии. 2019. Т. 92. №. 4. С. 450–457. DOI: 10.1134/S0044461819040042. EDN ZAQDRB.Vinokurov S.E., Kulikova S.A., Krupskaya V.V., Tyupina E.A. Effect of characteristics of magnesium oxide powder on composition and strength of magnesium potassium phosphate compound for solidifying radioactive waste. Journal of Applied Chemistry. 2019; 92(4):450-457. DOI: 10.1134/S0044461819040042. EDN ZAQDRB. (rus.).Строкова В.В., Айзенштадт А.М., Сивальнева М.Н., Кобзев В.А., Нелюбова В.В. Оценка активности наноструктурированных вяжущих термодинамическим методом // Строительные материалы. 2015. № 2. С. 3–9. EDN TJDRAB.Strokova V.V., Aizenshtadt A.M., Sival’neva M.N., Kobzev V.A., Nelubova V.V. Activity evaluation of nanostructured binders with using thermodynamic method. Construction Materials. 2015; 2:3-9. EDN TJDRAB. (rus.).Ибрагимов Р.А., Королев Е.В., Бикаева Ю.В., Ларионов И.С. Краевые углы смачивания порошков кварца и каустического доломита после механомагнитной обработки // Строительные материалы. 2024. № 3. С. 64–70. DOI: 10.31659/0585-430X2024-822-3-64-70. EDN CUIUFP.Ibragimov R.A., Korolev E.V., Bikaeva Yu.V., Larionov I.S. The contact angles of quartz and caustic dolomite powders after mechano-magnetic treatment. Construction Materials. 2024; 3:64-70. DOI: 10.31659/0585-430X-2024-822-3-64-70. EDN CUIUFP. (rus.).

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