Light Porous Aggregate from a Modified Composition of Zeolite-Alkali Batch

The article touches upon the issue of improving the quality of light porous aggregate from zeolite-alkaline batch – foam zeolite. The possibility of using technical powdered lignosulfonate as a batch modifier has been experimentally confirmed. It is shown that when lignosulfonate is added to the zeolite foam batch in an amount of 5%, the filler density increases by 75% and the compressive strength in the cylinder increases by 3 times. The improvement is due to the active excitation of sulfate groups in the lignosulfonate, which cause a finely dispersed bulk material of the batch, which causes rapid swelling. An experimental batch of foam zeolite was obtained with quality indicators: bulk density grade – M500, strength grade – P125, water absorption – 10.9%, which satisfies the normalized standard values according to GOST 32496–2013, and also meets the requirements of GOST 25820–2021 for structural and structural-heat-insulating lightweight concrete.

O.I. MATVEEVA¹, Candidate of Sciences (Engineering) (This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.);
N.K. BAISHEV², Graduate Student (This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.);
A.V. FEDOROV², Graduate Student (This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.);
I.R. PAVLYUKOVA³, Engineer (This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.);
A.L. POPOV², Candidate of Sciences (Engineering) (This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.)

¹ YakutPNIS-Commercial Center OOO (20, Dzerzhinsky Street, Yakutsk, 677000, Russian Federation)
² North-Eastern Federal University (50, Kulakovskogo Street, Yakutsk, 677000, Russian Federation)
³ Yakutsk State Design, Research Institute of Construction JSC (20, Dzerzhinsky Street, Yakutsk, 677000, Russian Federation)

1. Matos P.R. de, Foiato M., Prudêncio L.R. Ecological, fresh state and long-term mechanical properties of high-volume fly ash high-performance self-compacting concrete. Construction and Building Materials. 2019. Vol. 203, pp. 282–293. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.01.074
2. Ricklefs A. Thermal conductivity of cementitious composites containing microencapsulated phase change materials. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017. Vol. 104, pp. 71–82. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.08.013
3. Ovcharenko G., Ibe E. The role of aluminum and iron hydroxides in the formation of concrete properties. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1030. No. 1. DOI 10.1088/1757-899X/1030/1/012023
4. Nelubova V.V. The composition and properties of autoclaved gas concrete with amorphized raw modifiers. Materials and Technologies in Construction and Architecture II. 2020. Vol. 974, pp. 142–148. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.974.142
5. Volodchenko A.N., Nelyubova V.V. Reactivity of the clay component of rocks at the incomplete stage of mineral formation to lime during autoclave processing. Lecture Notes in Civil Engineering. 2021. Vol. 95, pp. 86–91. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-54652-6_13
6. Фролова М.А., Морозова М.В., Айзенштадт А.М., Тутыгин А.С. Алюмосиликатное вяжущее на основе сапонитсодержащих отходов алмазодобывающей промышленности // Строительные материалы. 2017. № 7. С. 68–70. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2017-750-7-68-70
6. Frolova M.A., Morozova M.V., Ayzenshtadt A.M., Tutygin A.S. An aluminum-silicate binder on the basis of saponite-containing waste of diamond industry. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 7, pp. 68–70. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2017-750-7-68-70
7. Леонович С.Н., Свиридов Д.В., Беланович А.Л., Карпушенкова Л.С., Карпушенков С.А. Пористый керамический материал на основе глины и отходов производства гранитного щебня // Строительные материалы. 2019. № 5. С. 45–50. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-770-5-45-50.
7. Leonovich S.N., Sviridov D.V., Belanovich A.L., Karpushenkova L.S., Karpushenkov S.A. Porous ceramic material based on clay and waste of production of granite rubble. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2019. No. 5, pp. 45–50. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-770-5-45-50
8. Казанцева Л.К., Юсупов Т.С., Лыгина Т.З. и др. Пеностекло из механоактивированных бедных цеолитсодержащих пород // Стекло и керамика. 2013. № 10. С. 18–22.
8. Kazantseva L.K. et al. Foam glass from mechanoactivated zeolite-poor rock. Steklo i Keramika. 2014. Vol. 70. No. 9–10, pp. 360–364. (In Russian).
9. Panina T.I. Efficiency of application of complex nanomodifying additives based on zeolites in building materials. Nanotechnologies in Construction: A Scientific Internet-Journal. 2016. Vol. 8. No. 5, pp. 116–132.
10. Казанцева Л.К. Особенности изготовления пеностекла из цеолитщелочной шихты // Стекло и керамика. 2013. № 8. С. 3–7.
10. Kazantseva L.K. Particulars of foam glass manufacture from zeolite-alkali batch. Steklo i Keramika. 2013. Vol. 70. No. 7–8, pp. 277–281. (In Russian).
11. Смиренская В.Н., Верещагин В.И. Перспективы использования цеолитовых пород Сибири в силикатных материалах // Стекло и керамика. 2002. Т. 75. № 12.
11. Smirenskaya V.N., Vereshchagin V.I. Prospects of using zeolite rocks of Siberia in silicate materials. Steklo i Keramika. 2002. Vol. 59. No. 11–12, pp. 414–419.
12. Gainanova A.A. New composites based on zeolites (H-Beta, H-ZSM-5) and nanosized titanium(iv) oxide (anatase and η-phase) doped by Ni, Ag, V with photocatalytic, adsorption and bactericidal properties. New Journal of Chemistry. Royal Society of Chemistry. 2021. Vol. 45. No. 5, pp. 2417–2430. DOI: https://doi.org/10.1039/D0NJ04286B
13. Лесовик Р.В. Комплексное использование хвостов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов // Горный журнал. 2004. № 1. С. 76–77.
13. Lesovik R.V. Integrated use of tailings of wet magnetic separation of ferruginous quartzites. Gornyi Zhurnal. 2004. Vol. 1, pp. 76–77. (In Russian).
14. Ortega-Guerrero M.A., Carrasco-Núñez G. Environ-mental occurrence, origin, physical and geochemical properties, and carcinogenic potential of erionite near San Miguel de Allende, Mexico. Environmental Geochemistry and Health. 2014. Vol. 36. No. 3, pp. 517–529. DOI: 10.1007/s10653-013-9578-z
15. Perraki T. The effect of zeolite on the properties and hydration of blended cements. Cement and Concrete Composites. 2010. Vol. 32. No. 2, pp. 128–133. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2009.10.004
16. Trung N.T. Reduction of cement consumption by producing smart green concretes with natural zeolites. Smart Structures and Systems. 2019. Vol. 24. No. 3, pp. 415–425. DOI: 10.12989/sss.2019.24.3.415
17. Boháč M. Properties of cement pastes with zeolite during early stage of hydration. Procedia Engineering. 2016. Vol. 151, pp. 2–9. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.07.349
18. ТУ 23.99.19-001-23297907–2020. Пеноцеолит гранулированный. Технические условия.
18. TU 23.99.19-001-23297907–2020. Penoceolit granu-lirovannyj. Tekhnicheskie usloviya [Penozeolite granulated. Specifications] (In Russian).
19. Патент RU (11) 2 723 886(13) C1. Способ изготовления гранулированного пеностеклокерамического заполнителя.
19. Patent RU (11) 2 723 886(13) C1. Sposob izgotovleniya granulirovannogo penosteklokeramicheskogo zapolnitelya [Method for manufacturing granular foam-glass-ceramic filler] (In Russian).
20. Иванов К.С. Применение цеолитов Якутии для получения гранулированного теплоизоляционного материала // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021. Т. 332. № 8. 160–167.
20. Ivanov K.S. Application of zeolites of Yakutia to obtain granulated heat-insulating material. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov. 2021. Vol. 332. No. 8, pp. 160–167. (In Russian).
21. Иванов К.С. Структурообразование в системе SiO₂–Na₂O–H₂O при синтезе пеностеклокерамики экструзионным методом // Неорганические материалы. 2019. Т. 55. № 3. С. 304–310.
21. Ivanov K.S. Structure formation in the SIO₂–NA₂O–H₂O system during the synthesis of foam glass ceramics by the extrusion method. Neorganicheskie materialy. 2019. Vol. 55, No. 3, pp. 304–310. (In Russian).
22. Иванов К.С. Влияние методов подготовки силикат-натриевой смеси на формирование структуры пеностеклокерамики // Физика и химия стекла. 2019. Т. 45. № 1. С. 65–73.
22. Ivanov K.S. Influence of methods of preparation of silicate-sodium mixture on the formation of the structure of foamed glass ceramics. Fizika i himiya stekla. 2019. Vol. 45. No. 1, pp. 65–73. (In Russian).
23. Орлов А.Д. Оптимизированная одностадийная технология гранулированного пеностекла на основе низкотемпературного синтеза стеклофазы // Строительные материалы. 2015. № 1. С. 24–26.
23. Orlov A.D. Optimization of one-stage technology of granulated foam glass on the basis of low-temperature synthesis of glass phase. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2015. No. 1, pp. 24–26. (In Russian).
24. Орлов А.Д., Нежиков А.В. Пеностеклокерамика как заполнитель высокотехнологичных легких бетонов // Вестник НИЦ «Строительство». 2017. № 14. С. 163–171.
24. Orlov A.D., Nezhikov A.V. Foam-glass-ceramics as a filler for high-tech lightweight concretes. Vestnik NIC Stroitel’stvo. 2017. No. 14, pp. 163–171 (In Russian).
25. Орлов А.Д. Пеностеклокерамика из минерального сырья: новая одностадийная технология «Термогран» на основе низкотемпературного синтеза стеклофазы и ее перспективы // Вестник НИЦ «Строительство». 2014. № 11. С. 40–45.
25. Orlov A.D. Foam glass ceramic from mineral raw materials: the new one-stage Thermogran technology based on low-temperature synthesis of glass phase and its prospects. Vestnik NIC Stroitel’stvo. 2014, pp. 42–43 (In Russian).
26. Баишев Н.К., Матвеева О.И., Попов П.М., Семенов К.В. Оценка энергоэффективности жилого дома с различными вариантами конструкций стен с применением стеновых блоков из легкого цеолитобетона. Современные проблемы строительства и жизнеобеспечения: безопасность, качество, энерго- и ресурсосбережение [Электронный ресурс]: Сборник избранных научных трудов по материалам VI Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 85-летию создания строительного комплекса Якутии, г. Якутск, 5–6 октября 2021 г. Киров: Изд-во МЦИТО, 2022.
26. Baishev N.K., Matveeva O.I., Popov P.M., Semenov K.V. Evaluation of the energy efficiency of a residential building with various wall designs using lightweight zeolite concrete wall blocks. Modern problems of construction and life support: safety, quality, energy and resource saving [Electronic resource]: a collection of selected scientific papers based on the materials of the VI All-Russian Scientific and Practical Conference dedicated to the 85th anniversary of the creation of the construction complex of Yakutia. Yakutsk, October  5–6, 2021 of the year. Kirov: MCITO Publishing House, 2022. (In Russian).
27. Ведяков И.И., Васкалов В.Ф., Малявский Н.И., Ведяков М.И. Пеностеклокерамическая тепло-изоляция – эффективное решение для жилищного строительства на арктических и субарктических территориях. Современные проблемы строительства и жизнеобеспечения: безопасность, качество, энерго- и ресурсосбережение [Электронный ресурс]: Сборник избранных научных трудов по материалам VI Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 85-летию создания строительного комплекса Якутии, г. Якутск, 5–6 октября 2021 г. Киров: Изд-во МЦИТО, 2022.
27. Vedyakov I.I., Vaskalov V.F., Malyavsky N.I., Vedyakov M.I. Foam-glass-ceramic thermal insulation is an effective solution for housing construction in the Arctic and subarctic territories. Modern problems of construction and life support: safety, quality, energy and resource saving] [Electronic resource]: a collection of selected scientific papers based on the materials of the VI All-Russian Scientific and Practical Conference dedicated to the 85th anniversary of the creation of the construction complex of Yakutia. Yakutsk, October 5–6, 2021 of the year. Kirov: MCITO Publishing House, 2022. (In Russian).
28. Фирстов А.П. Выбор лигносульфонатов при различных способах варки для использования их в литейном производстве // Евразийское Научное Объединение. 2021. № 3–1 (73). С. 105–108.
28. Firstov A.P. The choice of lignosulfonates for various methods of cooking for their use in foundry. Evrazijskoe Nauchnoe Obedinenie. 2021. No. 3–1 (73), pp. 105–108 (In Russian).
29. Абдрахимов В.З., Белякова Е.А., Денисов Д.Ю. Исследование тепломассообменных процессов при обжиге легковесного кирпича // Огнеупоры и техническая керамика. 2011. № 1–2. С. 49–53.
29. Abdrakhimov V.Z., Belyakova E.A., Denisov D.Yu. Investigation of heat and mass transfer processes during firing of lightweight bricks. Ogneupory i tekhnicheskaya keramika. 2011. No. 1–2, pp. 49–53. (In Russian).