Гидратация цементных вяжущих с минеральными добавками на основе глинистых и карбонатных пород

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

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.

1. Хозин В.Г., Хохряков О.В., Сибгатуллин И.Р. «Карбонатные» цементы низкой водопотребности. М. : АСВ, 2021. 366 с.

2. 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.

3. 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.34.7

4. 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/201913501018

5. Tarakanov 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.284.929

6. 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. Nо. 4 (72). Рр. 73–83. DOI: 10.18720/MCE.72.9. EDN ZFCAMF.

7. 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.2019.106621

8. Баженов Ю.М. Бетоноведение : учебник. М. : Изд-во АСВ, 2015. 144 с.

9. 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: 10.22227/1997-0935.2023.5.709-716

10. 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.

11. Бутт Ю.М. Технология цемента и других вяжущих материалов. М. : Стройиздат, 1976. 407 с.

12. 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.2008.09.009

13. 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.

14. 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.2010.09.013

15. Rakhimov 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/s2075113318040329

16. 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. Vol. 1017. Рp. 61–70. DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.1017.61

17. 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. Nо. 8 (116). P. 11602. DOI: 10.34910/MCE.116.2. EDN XFXNAO.

18. 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.

19. Тейлор Х.Ф. Химия цементов. М. : Мир, 1996. 529 с.

20. Горшков В.С., Тимашев В.В., Савельев В.Г. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ : учебное пособие. М. : Высшая школа, 1981. 335 с.

21. 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.

22. 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: 10.14359/2281