Влияние состава на свойства и строение модифицированных цементных композитов

Развитие цивилизации приводит к возрастанию нагрузок на здания и сооружения. Проектирование материалов для них возможно осуществить лишь с позиции трансдисциплинарного подхода с учетом современных достижений геоники (геомиметики) путем управления процессами структурообразования. Разработаны цементные композиты на модифицированном полиминеральном вяжущем с применением обогащенных алюмосиликатов, полученных из гидроудаленных золошлаковых смесей, а также гидротермального нанокремнезема в двух видах (золя и нанопорошка). Разработана технология извлечения алюмосиликатов из гидроудаленной золошлаковой смеси, которая включает в себя пять стадий: дезинтеграцию, флотацию, двухступенчатую магнитную сепарацию и сушку. Микроструктурный анализ с применением сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового анализа и энергодисперсионной спектроскопии показал, что модифицированный цементный камень имеет более плотную структуру с большим количеством низкоосновных гидросиликатов кальция, тогда как в неаддитивной цементной матрице больше высокощелочных гидросиликатов и присутствуют гексагональные пластины портландита.

В.С. ЛЕСОВИК^1,2, д-р техн. наук, член-корр. РААСН (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
Р.С. ФЕДЮК³, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
Ю.Л. ЛИСЕЙЦЕВ³, инженер,
И.И. ПАНАРИН³, начальник военной кафедры Факультета военного обучения;
В.В. ВОРОНОВ¹, канд. техн. наук

¹ Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46)
² Центральный научно-исследовательский и проектный институт Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (ЦНИИП Минстроя России) (119331, г. Москва, пр-т Вернадского, 29)
³ Дальневосточный федеральный университет (690922, г. Владивосток, о. Русский, п. Аякс, 10)

1. Лесовик В.С. Cтроительные материалы. Настоящее и будущее // Вестник МГСУ. 2017. № 1. С. 9–16.
1. Lesovik V.S. Construction Materials. Present and future. Vestnik MGSU. 2017. No. 1, pp. 9–16. (In Russian).
2. Лесовик В.С., Фомина Е.В., Айзенштадт А.М. Некоторые аспекты техногенного метасоматоза в строительном материаловедении // Строительные материалы. 2019. № 1–2. С. 100–106. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-767-1-2-100-106
2. Lesovik V.S., Fomina E.V., Ayzenshtadt A.M. Some aspects of technogenic metasomatosis in construction material science. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2019. No. 1–2, pp. 100–106. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-767-1-2-100-106 (In Russian).
3. Ramakrishnan K., Depak S.R., Hariharan K.R., Abid S.R., Murali G., Cecchin D., Fediuk R., Mugahed Amran Y.H., Abdelgader H.S., Khatib J.M. Standard and modified falling mass impact tests on preplaced aggregate fibrous concrete and slurry infiltrated fibrous concrete. Construction and Building Materials. 2021. Vol. 298. 153857. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.123857
4. Лесовик В.С. Геоника (геомиметика). Примеры реализации в строительном материаловедении. Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2016. 287 с.
4. Lesovik V.S. Geonika (geomimetika). Primery realizacii v stroitel’nom materialovedenii [Geonics (geomimetics). Examples of implementation in building materials science]. Belgorod: Publishing house of BSTU named after V.G. Shukhov. 2016. 287 p.
5. Баженов Ю.М., Прошин А.П., Еремкин А.И., Королев Е.В. Сверхтяжелый бетон для защиты от радиации // Строительные материалы. 2005. № 8. С. 6–8.
5. Bazhenov Yu.M., Proshin A.P., Yeremkin A.I., Korolev Ye.V. Extra heavy concrete for radiation protection. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2005. No. 8, pp. 6–8 (In Russian).
6. Королев Е.В., Очкина Н.А., Баженов Ю.М., Прошин А.П. Радиационно-защитные свойства особотяжелых растворов на основе высокоглиноземистого цемента // Строительные материалы. 2006. № 4. С. 54–56.
6. Korolev Ye.V., Ochkina N.A., Bazhenov Yu.M., Proshin A.P. Radiation-protective properties of very heavy mortars based on high-alumina cement. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2006. No. 4, pp. 54–56 (In Russian).
7. Страхов В.Л., Гаращенко А.Н. Огнезащита строительных конструкций: современные средства и методы оптимального проектирования // Строительные материалы. 2002. № 6. C. 2–5.
7. Strakhov V.L., Garashchenko A.N. Fire protection of building structures: modern means and methods of optimal design. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2002. No. 6, pp. 2–5. (In Russian).
8. Каприелов С.С., Травуш В.И., Карпенко Н.И., Шейнфельд А.В., Кардумян Г.С., Киселева Ю.А., Пригоженко О.В. Модифицированные высокопрочные бетоны классов В80 и В90 в монолитных конструкциях. Ч. II // Строительные материалы. 2008. № 3. С. 9–13.
8. Kaprielov S.S., Travush V.I., Karpenko N.I., Sheinfeld A.V., Kardumyan G.S., Kiseleva Yu.A., Prigozhenko O.V. Modified high-strength concretes of B80 and B90 classes in monolithic structures. Part II. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2008. No. 3, pp. 9–13 (In Russian).
9. Constantinides G., Ulm F.-J., Van Vliet K.J. On the use of nanoindentation for cementitious materials. Materials and Structures. 2003. Vol. 36, pp. 191–196.
10. Constantinides G., Ulm F.-J. The effect of two types of C–S–H on the elasticity of cement-based materials: Results from nanoindentation and micromechanical modeling. Cement and Concrete Research. Vol. 2004. No. 34, pp. 67–80. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(03)00230-8
11. Cheng Y.T. Cheng C.M. Scaling relationships in conical indentation of elastic perfectly plastic solids. International Journal of Solids Structures. 1999. Vol. 36, pp. 1231–1243. https://doi.org/10.1016/S0020-7683(97)00349-1
12. Ganneau F.P., Constantinides, G., Ulm F.-J. Dual-indentation technique for the assessment of strength properties of cohesive-frictional materials. International Journal of Solids Structures. 2006. Vol. 43, pp. 1727–1745. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2005.03.035
13. Donev A. Cisse I., Sachs D., Variano E.A., Stillinger F.H., Connely R., Torquato S., Chaikin P.M. Improving the density of jammed disordered packings using ellipsoids. Science. 2004. Vol. 303. Iss. 5660, pp. 990–993. DOI: 10.1126/science.1093010
14. Sloane. N.J.A. Kepler’s conjecture confirmed. Nature. 1998. Vol. 395, pp. 435–436. https://doi.org/10.1038/26609
15. Oliver W.C. Pharr G.M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. Journal of Materials Research. 1992. Vol. 7 (6), pp. 1564–1583. https://doi.org/10.1557/JMR.1992.1564
16. Гридчин А.М., Баженов Ю.М., Лесовик В.С., Загороднюк Л.Х., Пушкаренко А.С., Василенко А.В. Строительные материалы для эксплуатации в экстремальных условиях. М.: АСВ, 2008. 537 с.
16. Gridchin A.M., Bazhenov Yu.M., Lesovik V.S., Zagorodnyuk L.Kh., Pushkarenko A.S., Vasilenko A.V. Stroitel’nye materialy dlja jekspluatacii v jekstremal’nyh uslovijah [Construction materials for operation in extreme conditions]. Мoscow: ASV. 2008. 573 p.
17. Володченко А.А., Лесовик В.С., Чхин С. Повышение эксплуатационных характеристик стеновых материалов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2014. № 3. С. 29–34.
17. Volodchenko A.A., Lesovik V.S., Chkhin S. Improving the performance of wall materials. Vestnik of the Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. 2014. No. 3, pp. 29–34. (In Russian).
18. Strokova V.V., Markova I.Yu., Markov A.Yu., Stepanenko M.A., Nerovnaya S.V., Bondarenko D.O., Botsman L.N. Properties of a composite cement binder using fuel ashes. Key Engineering Materials. 2022. No. 909, pp. 184–190. https://doi.org/10.4028/p-tm4y4j
19. Vatin N., Barabanshchikov Y., Usanova K., Akimov S., Kalachev A., Uhanov A. Cement-based materials with oil shale fly ash additives. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. XVII-th International youth science and environmental Baltic region countries forum «Ecobaltica» 16–17 July 2020. Saint-Petersburg. Russian Federation. 2020 Vol. 17. 012043.
20. Яковлев Г.И., Первушин Г.Н., Пудов И.А., Полянских И.С., Саидова З.С. Об опыте применения метакаолина в качестве структурирующей добавки в цементных композитах // Вестник ВСГУТУ. 2021. № 2 (81). С. 58–68.
20. Yakovlev G.I., Pervushin G.N., Pudov I.A., Polyanskikh I.S., Saidova Z.S. On the experience of using metakaolin as a structuring additive in cement composites. Vestnik of the ESSTU. 2021. No. 2 (81), pp. 58–68. (In Russian).
21. Chen J.J., Sorelli L., Vandamme M., Ulm F.-J., Chanvillard G. A coupled nanoindentation/SEM-EDS study on low water/cement ratio Portland cement paste: Evidence for C–S–H/Ca(OH)₂ nanocomposites. Journal of American Ceramic Society. 2010. Vol. 93, pp. 1484–1493. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2009.03599.x
22. Salemi N., Behfarnia K. Effect of nano-particles on durability of fiber-reinforced concrete pavement. Construction and Building Materials. 2013. Vol. 48, pp. 934–941. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.07.037
23. Adetukasi A.O., Fadugba O.G., Adebakin A.O., Adetukasi I.H., Omokungbe O. Strength characteristics of fibre-reinforced concrete containing nano-silica. Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 38. P. 2, pp. 584–589. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.03.123.
24. Konkol J., Prokopski G. Fracture toughness and fracture surfaces morphology of metakaolinite-modified concrete. Construction and Building Materials. 2016. Vol. 123, pp. 638–648. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.07.025
25. De Jong M.J., Ulm F.-J. The nanogranular behavior of C–S–H at elevated temperatures (up to 700 degrees C). Cement and Concrete Research. 2007. Vol. 37, pp. 1–12. DOI: 10.1016/j.cemconres.2006.09.006
26. Potapov V., Efimenko Yu., Fediuk R., Gorev D., Kozin A., Liseitsev Yu. Modification of Cement Composites with Hydrothermal Nano-SiO₂. Journal of Materials in Civil Engineering. 2021. DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0003964
27. Zhdanok S.A., Potapov V.V., Polonina E.N., Leonovich S.N. Modification of cement concrete by admixtures containing nanosized materials. Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2020. Vol. 93, pp. 648–652. https://doi.org/10.1007/s10891-020-02163-y
28. Potapov V., Efimenko Y., Fediuk R., Gorev D. Effect of hydrothermal nanosilica on the performances of cement concrete. Construction and Building Materials 2021. 269. 121307. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121307
29. Пыкин А.А., Лукутцова Н.П. Оценка экологической безопасности наномодифицирующих добавок для строительных композитов. Среда, окружающая человека: природная, техногенная, социальная. Материалы X Международной научно-практической конференции. Брянск, 2021. С. 305–309.
29. Pykin A.A., Lukutsova N.P. Ecological safety assessment of nano-modifying additives for building composites. Human environment: natural, technogenic, social. Materials of the X International Scientific and Practical Conference. Bryansk. 2021. pp. 305–309. (In Russian).
30. Sobolev K., Ferrara M. How nanotechnology can change the concrete word-Part 1. American Ceramic Bulletin. 2005. Vol. 84, pp. 15–17.
31. Логанина В.И., Зайцева М.В. Репрезентативность выборки при оценке качества строительных материалов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2022. № 1 (270). С. 67–70.
31. Loganina V.I., Zaitseva M.V. Representativeness of the sample in assessing the quality of building materials. Stroitel’nye materialy, oborudovanie, tehnologii XXI veka. 2022. No. 1 (270), рр. 67–70. (In Russian).