Влияние модифицирования цементной матрицы тонкодисперсной минеральной добавкой на её характеристики

Авторы

  • Лилия Владимировна Ильина Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)
  • Сергей Михайлович Анпилов Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин) https://orcid.org/0000-0002-6512-5803
  • Денис Анатольевич Цекарь Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)

DOI:

https://doi.org/10.24866/2227-6858/2025-1/155-165

Ключевые слова:

сроки схватывания, минеральная добавка, гидратированный цемент, продолжительность помола

Аннотация

В статье рассмотрено изменение количества гидратных новообразований при модифицировании цементной системы тонкодисперсной минеральной добавкой, которое позволяет понять причины ускорения процесса схватывания цементной матрицы при введении в неё добавки. В качестве модифицирующей добавки предлагается тонкодисперсный порошок гидратированного цемента, измельчённого при различной продолжительности (30 и 45 сек, 1, 3 и 5 мин) в мельнице планетарного типа АГО-2. Моделирование состава цементной матрицы и технологических параметров диспергирования минеральной добавки осуществлялось методом многофакторного планирования эксперимента. В результате получены модели зависимости сроков схватывания цементной системы от продолжительности помола и количества добавки. Результатами комплексного термического анализа констатирована более глубокая гидратация цементных систем при введении исследуемой тонкодисперсной добавки. Глубокая гидратация цементных систем объясняет ускорение процесса её схватывания при введении предложенной авторами добавки.

Биографии авторов

  • Лилия Владимировна Ильина, Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)

    доктор технических наук, профессор, директор Института цифровых и инженерных технологий

  • Сергей Михайлович Анпилов, Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)

    доктор технических наук, профессор кафедры технологии и организации строительства 

  • Денис Анатольевич Цекарь, Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)

    аспирант 

Библиографические ссылки

1. Калашников В.И., Тараканов О.В., Володин В.М., Ерофеева И.В., Абрамов Д.А. Бетоны переходного и нового поколений. Состояние и перспективы // Технологии бетонов. 2023. № 2(187). С. 33–38.

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. Лесовик В.С., Федюк Р.С. Композиты нового поколения для специального строительства // Строительные материалы. 2021. № 3. С. 9–17. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-789-3-9-17

4. Калашников В.И., Тараканов О.В. О применении комплексных добавок в бетонах нового поколения // Строительные материалы. 2017. № 1–2. С. 62–67. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2017-745-1-2-62-67

5. Тараканов О.В., Фишер Х.Б. Принципы получения высокопрочных бетонов с использованием местных сырьевых ресурсов // Эксперт: теория и практика. 2024. № 3(26). С. 112–117. DOI: https://doi.org/10.51608/26867818_2024_3_112

6. Вовк А.И. Гидратация C3S и структура C–S–H-фазы: новые подходы, гипотезы и данные // Цемент и его применение. 2012. № 3. С. 89–92.

7. Тараканов О.В., Акчурин Т.К., Белякова Е.А., Душко О.В. Перспективы применения комплексных органоминеральных добавок в бетонах нового поколения // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2023. № 2(91). С. 88–98. EDN: VXWGFN

8. Senhadji Y., Escadeillas G., Mouli M., Khelafi H., Benosman. Influence of natural pozzolan, silica fume and limestone fine on strength, acid resistance and microstructure of mortar // Powder Technology. 2014. № 254. P. 314–323. DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2014.01.046

9. Dabbaghi F., Sadeghi-Nik A., Libre N.A., Nasrollahpour S. Characterizing fiber reinforced concrete incorporating zeolite and metakaolin as natural pozzolans // Structures. 2021. № 34. P. 2617–2627. DOI: https://doi.org/10.1016/j.istruc.2021.09.025

10. Ma H., Yi C., Wu C. Review and outlook on durability of engineered cementitious composite (ECC) // Construction and Building Materials. 2021. № 287. Art. 122719.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.122719

11. Калашников В.И., Суздальцев О.В., Дрянин Р.А., Сехспосян Г.П. Роль дисперсных наполнителей в бетонах нового поколения // Известия вузов. Строительство. 2014. № 7. С. 11–21.

12. Величко Е.Г., Шумилина Ю.С. К проблеме формирования дисперсного состава и свойств высокопрочного бетона // Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. С. 235–243. EDN: MTNVMX

13. Тараканов О.В., Акчурин Т.К., Душко О.В., Стефаненко И.В., Санягина Я.А. Формирование ранней структуры и прочности модифицированных цементных материалов // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2023. № 5(93). С. 71–81.

14. Ahmad J., Zhou Zh. Waste marble based self compacting concrete reinforced with steel fiber exposed to aggressive environment // Journal of Building Engineering. 2024. Vol. 81. Art. 108142. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.108142

15. Salamanova M.Sh., Murtazaev S.-A.Yu., Alaskhanov A.Kh., Ismailova Z.Kh. Development of multicomponent binders using fine powders // Proceedings of the International Symposium “Engineering and Earth Sciences: Applied and Fundamental Research” dedicated to the 85th anniversary of H.I. Ibragimov (ISEES 2019). Atlantis Press, 2019. P. 524–528. DOI: https://doi.org/10.2991/isees-19.2019.58

16. Nochaiya T., Chaipanich A. Behavior of multi-walled carbon nanotubes on the porosity and microstructure of cement-based materials // Applied Surface Science. 2011. Vol. 257, № 6. P. 1941–1945. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.09.030

17. Xu S., Liu J., Li Q. Mechanical properties and microstructure of multi-walled carbon nanotube-reinforced cement paste // Construction and Building Materials. 2015. № 76. P. 16–23. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.11.049

18. Dong S., Wang D., Ashour A., Han B., Ou J. Nickel plated carbon nanotubes reinforcing concrete composites: from nano/micro structures to macro mechanical properties // Composites. Part A: Applied Science and Manufacturing. 2021. Vol. 141. Art. 106228. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2020.106228

19. Тараканов О.В., Иващенко Ю.Г., Ерофеева И.В. Влияние карбонатных минеральных добавок на формирование микроструктуры и прочность минеральных вяжущих веществ // Региональная архитектура и строительство. 2024. № 1(58). С. 47–58. DOI: https://doi.org/10.54734/20722958_2024_1_47

20. Zhang Z., Yang F., Liu J.-C., Wang S. Eco-friendly high strength, high ductility engineered cementitious composites (ECC) with substitution of fly ash by rice husk ash // Cement and Concrete Research. 2020. Vol. 137. Art. 106200. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2020.106200

21. Doughmi K., Baba K., Nounah A. Mechanical properties of eco-friendly cement based composite mortars plastic fiber reinforced partially replaced by natural pozzolan and marble waste // Materials Today: Proceedings. 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.07.203

22. Bouaissi A., Li L.Y., Abdullah M.M.A.B., Ahmad R., Razak R.A., Yahya Z. Fly ash as a cementitious material for concrete // Sustainable Building Materials. IntechOpen: London, UK, 2020.

23. Wang N., Xia Z., Amin M. N., Ahmad W., Khan K., Althoey F., Alabduljabbar H. Sustainable strategy of eggshell waste usage in cementitious composites: An integral testing and computational study for compressive behavior in aggressive environment // Construction and Building Materials. 2023. Vol. 386. Art. 131536. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.131536

24. Cement paste modified by nano-montmorillonite and carbon nanotubes // ACI Materials Journal. 2022. Vol. 119, № 3. DOI: https://doi.org/10.14359/51734612

25. Ahmad J., Aslam F., Martinez-Garcia R., de-Prado-Gil J., Qaidi S., Brahmia A. Effects of waste glass and waste marble on mechanical and durability performance of concrete // Scientific Reports. 2021. № 11. Art. 21525. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-021-00994-0

26. She А., Li G., Tan L., Wei Y., Zuo J., Yao W. Comprehensive analysis of early-stage hydration and microstructure evolution in Sufflaminate cement: Insights from low-field NMR and isothermal calorimetry // Journal of Building Engineering. 2023. Vol. 80. Art. 108076. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.108076

27. Fediuk R., Lesovik V., Vavrenyuk S., Zaiakhanov M., Bituyev A., Klyuev S., Yu K., Lesovik Ya., Bakatov K. Composite cement materials for structures foundation strengthening // Magazine of Civil Engineering. 2024. Vol. 17, № 3(127). DOI: https://doi.org/10.34910/MCE.127.1

28. Subash N., Avudaiappan S., Adish Kumar S., Amran M., Vatin N., Fediuk R., Aepuru R. Experimental investigation on geopolymer concrete with various sustainable mineral ashes // Materials. 2021. № 14(21). DOI: https://doi.org/10.3390/ma14247596

29. Лесовик В.С. Строительные материалы. Настоящее и будущее // Вестник МГСУ. 2017. Т. 12, № 1(100). С. 9–16. https://doi.org/10.22227/1997-09З5.2017.1.9-1610

30. Лесовик В.С. Геоника (геомиметика). Примеры реализации в строительном материаловедении. Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2016. 287 с.

31. Ильина Л.В., Самченко С.В., Раков М.А., Зорин Д.А. Моделирование процессов кинетики цементных композитов, модифицированных кальций-содержащими добавками // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. 2023. Т. 15, № 5. С. 494–503. DOI: https://doi.org/10.15828/2075-8545-2023-15-5-494-503

32. Ilina L.V., Mukhina I.N., Semenova M.M. Hardening cement conglomerates by mining industries waste // Solid State Phenomena. 2021. № 316. Р. 1061–1066.

DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.316.1061

33. Diamond S. Densified silica fume: particle size and dispersion in concrete // Materials and Structures. 2006. Vol. 39, № 9. P. 849–859. DOI: https://doi.org/10.1617/s11527-006-9087-y

34. Ilina L., Kudyakov A., Rakov M. Aerated dry mix concrete for remote northern territories // Ma-gazine of Civil Engineering. 2022. № 5(113). Art. 11310. DOI: https://doi.org/10.34910/MCE.113.10

35. Самченко С.В., Каприелов С.С., Дыкин И.В. Оптимизация структуры и свойств порошково-активированного бетона путём применения портландцементов различной дисперсности // Техника и технология силикатов. 2022. Т. 29, № 1. С. 64–74.

36. Копаница Н.О., Демьяненко О.В., Куликова А.А. Комплексные добавки на основе вторичных ресурсов для модификации цементных композиций // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2023. Т. 334, № 1. С. 136–144. DOI: https://doi.org/10.18799/24131830/2023/1/4045

37. Ильина Л.В., Молодин В.В., Гичко Н.О., Туляганов А.К. Повышение прочностных характеристик цементных конгломератов добавками направленного действия // Строительные материалы. 2023. № 7. С. 36–42. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-815-7-36-42

38. Горшков В.С., Тимашев В.В., Савельев В.Г. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. Москва: Высшая школа, 1981. 335 с.

Загрузки

Опубликован

31.03.2025

Выпуск

№ 1(62) (2025)

Раздел

Строительные материалы и изделия

Лицензия

Copyright (c) 2025 Вестник Инженерной школы ДВФУ

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Как цитировать

1.
Влияние модифицирования цементной матрицы тонкодисперсной минеральной добавкой на её характеристики. Вестник Инженерной школы ДВФУ [Internet]. 2025 Mar. 31 [cited 2025 Apr. 26];1(1(62):155-6. Available from: https://journals.dvfu.ru/vis/article/view/1664