CC BY
62УДК 691.5
ЭВОЛЮЦИЯ БЕСЦЕМЕНТНЫХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ВЯЖУЩИХ РАЗЛИЧНОЙ
ТОПОГЕНЕТИЧЕСКОЙ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ
Аннотация. Сравнительный анализ технологий, принципов модифицирования и их положительного воздействия на минеральные системы наноструктурированных вяжущих, полученных на основе различных видов сырья: кварцевого песка, перлита и гранита, позволил представить эволюционное развитие ряда бесклинкерных вяжущих. Приведены особенности применения наноструктурированного вяжущего различного состава в качестве основного связующего и модифицирующего компонента для материалов различных типов твердения. Обоснована эффективность технологических принципов получения данных вяжущих, методы и агенты его модификации для формирования оптимальных реотехнологических свойств самого связующего и композитов на его основе или с его применением. Представлена высокая экологичность технологических этапов получения вяжущего вне зависимости от генетической принадлежности применяемого сырья, безопасность и благоприятность условий для человека при эксплуатации конструкций и зданий, возводимых из материалов на основе вяжущих малоклинкерного или бесклинкерного состава. В статье приведены исследования по изучению процессов и этапов твердения бесцементного вяжущего на основе гранодиорита, на основании чего предложена модель его твердения.
Предмет исследования: публикационный анализ работ по изучению наноструктурированных вяжущих, полученных на основе различных типов сырья, механизм твердения высококонцентрированной алюмосиликатной вяжущей суспензии на основе гранодиорита.
Материалы и методы: В работе использовалась высококонцентрированная алюмосиликатная вяжущая суспензия (ВАВС) на основе гранодиорита. Изучение фазо- и структурообразования, процессов твердения вяжущей суспензии осуществлялось с помощью качественного и полнопрофильного количественного рентгенофазового анализа.
Результаты: схема модифицирования наноструктурированных вяжущих, которые были получены на основе следующих пород: кварцевого песка, перлита и гранита. Предложена модель твердения бесцементного вяжущего на основе гранодиорита, проходящая по схеме: I - механохимическое растворение минералов гранодиорита; II - выход в раствор ионов и поликонденсация кислот; III - избирательная эпитаксиальная кристаллизация.
Выводы: Полученные данные и их анализ позволили аргументировать перспективность применения и расширения номенклатуры наноструктурированных и высококонцентрированных вяжущих различных типов. Предложенная модель твердения вяжущего на основе гранодиорита соответствует поликонденсационно-кристаллизационному механизму.
Ключевые слова: наноструктурированное вяжущее, кварцевый песок, перлит, гранит, гранодиорит, механизм твердения.
Сивальнева М.Н., Нелюбова В.В., Кобзев В.А.
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, д. 46, 549041@mail.ru
Цемент на сегодняшний день является широко распространенным и популярным строительным материалом, что подкрепляется ежегодно растущими темпами его производства. По данным Росстата за два месяца 2019 года производство цемента в России выросло на 9,3 % по сравнению с показателем за аналогичный период прошлого года. Широкое распространение цемента небезосновательно, так как он является многофункциональным материалом, позволяющим осуществлять широкий спектр архитектурных и строительных работ. При этом получаемые изделия характеризуются высокой прочностью и длительным сроком использования, а технологический процесс их производства строго
ВВЕДЕНИЕ
регламентирован, обоснован нормативными документами и детально изучен в ходе многочисленных исследований. Однако при вышеперечисленных достоинствах, производство цемента обладает определенными недостатками. В первую очередь, это высокая энерго- и ресурсопотребляемость технологии его получения, включающая в себя тонкое измельчение и высокотемпературный обжиг, что требует больших расходов топлива [1]. При этом во время этих процессов происходят сложные физико-химические взаимодействия с сопутствующим выбросом технологической пыли, углекислого газа и других вредных элементов, которые в совокупности с массовостью производства, наносят негативное влияние на экологию, а, следовательно, и здоровье людей.
В связи с этим, актуальным является разработка и применение вяжущих веществ со сниженной долей клинкерной составляющей или альтернативных бесцементных систем, в том числе с атермальной технологической историей.
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ
В 70-е годы прошлого столетия учеными, во главе с проф. Ю.Е. Пивинским, было развито направление по получению эффективных безклинкерных материалов на основе высококонцентрированных керамических вяжущих суспензий (ВКВС) [2]. Основными технологическими этапами их производства являются: мокрый помол сырьевых материалов в условиях предельной концентрации,
максимального разжижения при температуре 70±10 °С и строго контроля значений pH суспензии; стабилизация вяжущего гравитационным перемешиванием для снижения вязкости системы и повышения плотности и прочности отливок на её основе. Сырьевая смесь для приготовления такого вяжущего включает в себя в основном кремнезёмсодержащие и алюмосиликатные материалы различного происхождения. Твердение вяжущих такого типа происходит за счёт удаления части дисперсионной среды (жидкости) суспензии. Свое применение ВКВС нашли в безобжиговой керамике и огнеупорных бетонах. Со временем высококонцентрированные вяжущие суспензии прошли определенные стадии развития в целях расширения номенклатуры и разработки общих принципов для более дешевых и распространенных силикатных материалов. Таким образом, были разработаны целый ряд бесцементных вяжущих на основе кремнеземсодержащего и
алюмосиликатного сырья: ВКВС, смешанные ВКВС, пластифицированные ВКВС,
модифицированные ВКВС,
наноструктурированные вяжущие (НВ), высококонцентрированные алюмосиликатные вяжущие суспензии (ВАВС) [3, 4, 5].
Наиболее эффективным вяжущим является НВ, характеризуемое низкой себестоимостью, по причине отсутствия технологических переделов с высокотемпературной обработкой и возможности адаптации технологии его производства под широкий спектр сырьевых материалов, что снижает расходы на его транспортировку и позволяет воспроизводить технологию в различных регионах России, учитывая специфику местной сырьевой базы. К достоинствам данного вяжущего можно также отнести улучшенные реотехнологические показатели при низком водосодержании системы и неограниченный срок хранения при условии герметичности упаковки.
К настоящему времени проведен комплекс научных исследований в области применения НВ не только в качестве активной модифицирующей добавки, но и основного вяжущего компонента, при получении материалов различного назначения:
материалов автоклавного твердения [6-8], композиционных вяжущих на основе цемента [9, 10], композиционных гипсовых вяжущих [11], ячеистых материалов неавтоклавного твердения [12-14]. Сегодня учеными БГТУ им. В.Г. Шухова разработаны и успешно апробированы технологии получения НВ на основе кварцевого песка, перлита, гранита и разработаны составы строительных композитов на их основе [3, 15-19].
Наиболее изученными являются НВ, полученные на кварцевом песке - продукте выветривания кислых магматогенно-интрузивных пород кластической (обломочной) структуры. Технологический цикл получения НВ заключается в постадийном помоле сырья по мокрому способу в шаровой мельнице, облицованной уралитовой футеровкой. Помол в зависимости от параметров оборудования характеризуется длительностью от 10 до 20 часов и сопровождается выделением тепла. На начальной стадии помола для обеспечения необходимого уровня щелочной среды для запуска процессов растворения применяется добавка в виде жидкого натриевого стекла. На заключительной стадии необходима комплексная модификация суспензии. В качестве пластифицирующей добавки применялась глина Латненского месторождения марки ЛТ-1. Дозировка глины влажностью не более 33 % составляла 1,5-5 % от массы НВ по сухому веществу. Модификация системы обеспечена введением комплексного дефлоккулянта, способствующего оптимизации структуры матричной системы за счет реализации трех механизмов воздействия: структурно-
механического, электростатического,
адсорбционно-сольватного. Модификатор состоит из триполифосфата натрия и суперпластификатора СБ-5, его общая концентрация в смеси составляет 0,02-0,1 % [3, 20].
В применяемом сырье для получения кварцевого НВ содержание SiO2 должно быть не менее 60 %, содержание Fe2O3 не должно превышать - 3 %, содержание глинистых составляющих - не более 2 % [3]. Однако, как отмечалось ранее, сырьем для получения высококонцентрированных керамических вяжущих суспензий, в том числе и НВ, могут являться алюмосиликатные породы с заниженным содержанием кварца, но не менее 40 %. Наиболее распространенным из них является перлит -эффузивная порода со скрытокристаллической (стекловатой) структурой и гранит - интрузивная полнокристаллическая порода [15, 16].
В работе [17] на основе перлита было получено НВ двумя способами - мокрым измельчением и суспендированием. При первом способе получения система характеризуется улучшенными реотехнологическими
характеристиками, позволяющими исключить модифицирование специализированными
добавками. Второй способ, заключающийся в измельчении сырья фракцией менее 0,315 мм,
характеризуется более высокой вязкостью системы, для снижения которой автором произведён подбор необходимых модификаторов: жидкого стекла (с концентрацией 0,001 %), комплексной добавки (с концентрацией 0,001 %), триполифосфата натрия (ТПФН) (с концентрацией 0,01 %) и лимонной кислоты (с концентрациями 0,0025; 0,005 и 0,01 %). Комплексная добавка представляет собой оксифурфурольный олигомер, состоящий из соединения фурфурола и флюроглюцина, и относится к типу суперпластификаторов.
Автором проведена оценка реологических особенностей НВ на основе перлита. Определено, что наилучший эффект от модификации системы наблюдается при использовании лимонной кислоты. В данном случае, полученная суспензия имеет тиксотропный характер течения с переходом в ньютоновскую область, что реализуется за счет гидрофилизации поверхности частиц. Пептизация частиц объясняется снижением ^-потенциала за счёт присутствующих в системе полярных групп. Положительное влияние добавки вызвано адсорбцией молекул лимонной кислоты на твердых частицах вяжущего, в результате чего формируется молекулярный монослой. В вяжущей системе осуществляется комплексное сочетание адсорбционно-сольватного и электростатического факторов, которое приводит к повышению
агрегативной устойчивости и регулированию реологического поведения суспензии. Помимо этого наблюдается увеличение предела прочности при сжатии образцов на 56 %.
В работах [18, 19] рассмотрена возможность получения НВ на основе отсева гранита с подбором необходимых модификаторов. В качестве инициатора твердения использовали
кремнефтористый натрий и жидкое стекло, второе при этом выступает регулятором щелочной среды. Взаимодействие данных компонентов способствует увеличению количества открытых связей в вяжущей системе, тем самым инициируя ее твердение, а также предотвращает процесс выщелачивания жидкого стекла. Отмечено, что процесс твердения данных минеральных систем проходит по механизму поликонденсации, который сопровождается выделением кристаллизующегося геля ортокремниевой кислоты [20]. Область применения гранитного НВ за счет кислотоустойчивости распространяется на кислотостойкие бетоны.
Сравнительный анализ свойств
наноструктурированных вяжущих, полученных на основе сырья различных генетических типов, и технологий их получения позволил выявить определенные особенности каждого из видов (таблица 1).
Таблица 1. Характеристики наноструктурированных вяжущих различной топогенетической принадлежности Table 1. Characteristics of nanostructured binders of various topogenetic belonging
~——Сырье Параметры ~~—-—^^ Кварцевый песок Перлит 1 Гранит
Генетический тип осадочный эффузивный интрузивный
Структура кластическая стекловатая полнокристаллическая
1 ы о В = = стадийность многостадийный многостадийный одностадийный
и - 8 о Н ч процесс модифицирования требуется не требуется2 требуется
S S Температура3, °С 46 68 45
рН среды 7,7-8,0 5,8-7,0 9,0
в 1 остаток на сите, % менее 1 менее 1 менее 1
РЗ о а я u " я £ 5 a s 5 в s ^ S « 5 влажность, % 14-20 18-20 20,5
концентрация твердой фазы 0,75 0,68 0,79
в в w U S3 е н с о 4 тип течения Т Т^Н Т
удельная поверхность, м2/кг 7600 7300 7300
Свойства затвердевшего НВ (камень) плотность, кг/м3 2150 1880 2080
пористость, % 14-16 16-18 13-15
предел прочности при сжатии, МПа 6,8-9,0 5,0-7,0 10,8-11,2
предел прочности при изгибе, МПа 5,5-6,0 3,5-4,5 6,5-7,0
1 В данном случае рассматривается НВ на основе перлита, полученного по методу мокрого измельчения, который является наиболее рациональным.
2 При разработке НВ на основе перлита по методу суспендирования требуется модифицирование.
3 Время помола и температура находятся в зависимости от размеров и мощности мельницы. Значения представлены для помолов НВ, проведенных в лабораторных шаровых мельницах с уралитовой футеровкой объемом 200 л.
4 Тип течения: Т - тиксотропный, Н - ньютоновский.
Показатели НВ в естественном состоянии, т.е. в виде суспензии, на основе всех типов сырья находятся в близком диапазоне значений, что определяет перечень общих требований для данных материалов. При анализе характеристик затвердевших отливок НВ, наиболее высокими показателями характеризуется гранитное НВ. Данный факт имеет теоретическое обоснование, связанное с генетическими особенностями исходного сырья и его первоначальными природными параметрами. Гранит представляет собой плотную и массивную породу, позволяющую заведомо получать строительные материалы с более высокими прочностными показателями. Также стоит обратить внимание на одностадийность технологического процесса получения вяжущего, снижающую трудоёмкость и длительность всего цикла производства НВ.
Принадлежность к одной группе интрузивных кислых пород нормальной щелочности и сходный состав обуславливают интерес к такой породе, как гранодиорит. Это средне- и крупнозернистые, иногда порфировидные породы, отличием которых от гранитов являются меланократовость (большое содержание темноцветных минералов) и меньшее
Определение фазового состава вяжущей суспензии на основе гранодиорита производилось с помощью рентгенофазового анализа (РФА). Качественный рентгенофазовый анализ проводился с использованием базы данных PDF-2. Для проведения полнопрофильного количественного ХЯО анализа было применено программное обеспечение DDM v.1.95e в варианте ритвельдовского алгоритма. Кристаллические структуры, используемые для полнопрофильного РФА, взяты из Базы Данных Неорганических Кристаллических Структур (ICSD).
количество кварца. В связи с этим гранодиорит можно рассматривать как перспективное сырье для получения бесцементных вяжущих и материалов на их основе. Расширение спектра применяемого сырья для материалов строительной отрасли играет важную роль и позволяет повысить ресурсо- и энергоэффективность производства, увеличить номенклатуру выпускаемой продукции, их качество и технико-экономические показатели.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В данной работе применялась высококонцентрированная алюмосиликатная
вяжущая суспензия (ВАВС) на основе гранодиорита (таблица 2). Основные свойства суспензии представлены в таблице 3. Технология её получения заключается в одностадийном мокром помоле крупной фракции отсева гранодиорита (размер частиц более 1,25 мм) в присутствии модификатора - жидкого стекла натриевого.
Дифракционный экспериментальный
материал получен в лаборатории Центра высоких технологий БГТУ им. В.Г. Шухова на рентгеновском дифрактометре ARL 9900 WorkStatюn с использованием Со-излучения и следующих параметров: интервал углов дифракции 20=8-80 шаг 0,02
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ АНАЛИЗ
На основании проведенного литературного обзора способов модификации
наноструктурированных вяжущих на основе сырья
Таблица 2. Химический состав гранодиорита Table 2. The chemical composition of granodiorite
Оксиды, SiO2 AI2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O ппп
Содержание, % 68,3 15,1 3,75 4,33 0,83 0,1 1,98 3,96 1,65
Таблица 3. Основные характеристики ВАВС Table 3. Main characteristics of HCABS
Наименование свойств вяжущего (суспензия) Значение Наименование свойств вяжущего (камень) Значение
Остаток на сите № 0063, % менее 1 Предел прочности при сжатии, МПа 5,05
Вязкость, Пах 17-20 Предел прочности при изгибе, МПа 2,10
рН среды 8,0-9,0 Плотность, кг/м3 2100
Влажность, % 20-22 Удельная эффективность естественных радионуклидов, Бк/кг 60,8
различного происхождения можно выявить основные принципы их модифицирования, указать наиболее эффективные добавки и раскрыть
механизм их воздействия на минеральные вяжущие системы (рис. 1).
Рис. 1. Схема модифицирования НВ различного состава Fig. 1. Scheme of NB modification of different composition
Согласно ранним работам основоположника данного направления исследований,
Таблица 4. Минеральный состав гранодиорита, вес.%
Table 4. Mineral composition of granodiorite, wt.%
Минералы Количество, %
а-Кварц 22,2±1,20
Плагиоклаз 67,5±1,05
Биотит 4,6±0,67
Роговая обманка 5,7±0,39
I 100
наноструктурированное вяжущее относится к полимеризационно-поликонденсационному типу твердения, вызванному поликонденсационной сшивкой и переходом силанольной связи в силаксановую [2, 3]. В последующем был уточнен механизм твердения кварцевого НВ, который заключается в поочередном прохождении этапов полимеризации, поликонденсации и
кристаллизации [21]. Последний процесс сопровождается переходом коллоидной составляющей (кремниевой кислоты) по механизму автоэпитаксиального роста в кварц второй генерации. Согласно результатам проведенных исследований установлено, что системы НВ, полученные на основе кристаллического кварцевого сырья, характеризуются
поликонденсационно-кристаллизационным твердением. Для минеральных вяжущих систем на основе алюмосиликатных пород аморфизованной (перлит) и полнокристаллической структур (гранит и гранодиорит) данный вопрос в настоящее время не рассматривался.
В связи с чем в данной работе изучен механизм твердения высококонцентрированной алюмосиликатной вяжущей суспензии на основе гранодиорита.
Информация о фазообразовании
гранодиоритовой ВАВС является необходимой для определения особенностей фазообразующих процессов в системах алюмосиликатных суспензий при твердении камня с теми или иными прочностными свойствами. Известно, что катализатором процессов твердения в данных
системах являются сингенетичные наносистемы, которые образуются в процессе синтеза вяжущего.
Для более полного изучения процессов фазообразования, протекающих при твердении методом количественного полнопрофильного РФА был определен фазовый состав образцов ВАВС, возраст которых составил 3-7 суток.
Согласно качественному РФА исходное сырье (гранодиорит) характеризуется наличием
следующих минералов: а-кварца, плагиоклаза, биотита и роговой обманки (таблица 4). Для количественного полнопрофильного РФА были использованы структурные модели этих компонентов: а-кварц (74529-ICSD), плагиоклаз (34916-КЖ), биотит (95359-ICSD) и роговая обманка (9661-1С8Б). В итоге результат анализа визуализирован и представлен в виде ритвельдовской диаграммы (рис. 2).
Рис. 2. Полнопрофильный расчет рентгенограммы гранодиорита Fig. 2. Full-profile calculation of granodiorite X-ray pattern
Основываясь на том, что гранодиорит -порода полнокристаллической структуры, и количество аморфного вещества в нем будет приближаться к нулю, полный фазовый анализ не проводился.
Количественный полнопрофильный РФА осуществлялся путем изучения образцов ВАВС на различных сутках твердения. Для определения количества аморфного вещества предварительно образцы прошли этап пробоподготовки, который заключался в истирании образцов и введении в полученный порошок полнокристаллического диоксида титана (анатаза), выступающего в качестве внутреннего эталона с концентрацией 20 вес. %. Далее при помощи программного
обеспечения был проведён расчёт количества аморфной фазы.
Стоит подчеркнуть, что в составе ВАВС, помимо минеральных компонентов, был идентифицирован корунд, попавший в систему в результате намола мелющих тел. В связи с этим в расчетный порядок количественного РФА были введены структурные модели корунда (9770-1С8Б) и анатаза (9853-1С8Б).
Для визуализации результатов представлены графические иллюстрации количественного полнопрофильного РФА вяжущей суспензии на раннем (3 суток) и позднем (7 суток) сроках твердения (рис. 3).
б
Рис.3. Полнопрофильный расчет рентгенограммы камня ВАВС на основе гранодиорита при разных сроках твердения:
а - 3 суток; б -7 суток
Fig. 3. Full-profile calculation of X-ray patterns of a stone HCABS on the basis of granodiorite at different periods of
hardening:a - 3 days; b -7 days
При получении ВАВС происходит механохимическое растворение сырьевых компонентов, и в реакционную среду выносятся продукты растворения кварца и плагиоклаза -основных минералов, формирующих породу гранодиорита. Так, кремнезем, возникающий при растворении кварца, представлен в среде в виде коллоидного раствора ортокремниевой кислоты -H4SiO4, а №- и Са-компоненты плагиоклаза -альбитом и анортитом. Механохимическое растворение осуществляется следующим образом: Ыа[АШ1308] + Н20^Ш0Н + НА1Б1308,
Са[А1£1208] + 2Н20^Са(0Н)2 + 2НА№Ю4.
Схема кремнезема:
поликонденсации
коллоидного
Н4Б104 + Н4Б104^ Н6Б1207 + Н20, Н($1207 + Н$107 ^ Н8Б14012 + 2Н20
и т.д., с формированием силикатных полимеров с высокой степенью полимеризации. В виду того что кислотность кремниевых кислот несколько меньшей, чем алюмокремниевых, то протекание процессов взаимодействия №ОН и СаОН с H4SiO4 и продуктами поликонденсации ортокремниевой кислоты маловероятно. Согласно источнику [22], кремниевые и алюмокремниевые кислоты в порядке повышения их кислотности образуют ряд:
Н4$104< Н2Б103 < Н6$140ю <Н£1205 << НА1Б104 < НА1Б1205 < НАШ308.
а
В итоге проведенного анализа установлено, что концентрация аморфной фазы в системе ВАВС постепенно уменьшается, а кристаллических породообразующих компонентов (кварца и полевого шпата) возрастает (рис. 4).
60
■
J 50 S 40
. 30
-плагиоклаз
-аморфная фаза
10 о
4 5 6
Н : ,'И твердения, сутки
Рис. 4. Зависимость концентраций фаз ВАВСот времени твердения
Fig. 4. The dependence of concentrations of the HCABS phases from time of hardening
Следует отметить, что аморфное вещество в системе состоит из коллоидных растворов
кремниевой и алюмокремниевой кислот. Тогда, можно выдвинуть предположение, что эпитаксиальная кристаллизация кремниевой кислоты происходит на поверхности, наиболее близкой по ее структуре, т.е. на частицах кварца, а алюмокремниевой кислоты с захватом из раствора ионов №+ и Са+2 - на частицах плагиоклаза.
Таким образом, твердение ВАВС можно представить в виде последовательности этапов: I -механохимическое растворение породообразующих минералов гранодиорита (кварца и плагиоклаза) с образованием коллоидных растворов ортокремниевой и алюмокремниевых кислот; II - протекание поликонденсационных процессов ортокремниевой кислоты; III -избирательная эпитаксиальная кристаллизация кремниевой кислоты на частицах кварца, а алюмокремниевых кислот с захватом из раствора ионов №+ и Са+2 - на частицах плагиоклаза (рис. 5). Стоит предполагать, что в виду образования прочных кристаллических связок между частицами суспензии формируется монолитный каркас консолидированного вяжущего.
Рис. 5. Модельная схема твердения ВАВС на основе грано диорита Fig. 5. Model scheme for curing HCABS on the basis of granodiorite
Представленная модель твердения полиминеральной алюмосиликатной суспензии на основе гранодиорита соответствует
поликонденсационно-кристаллизационному механизму твердения мономинерального НВ на основе кварца [21]. Предположительно, данная модельная схема может быть общей для моно- и полиминеральных систем наноструктурированных и высококонцентрированных вяжущих, процесс твердения которых проходит при нормальных условиях.
ВЫВОДЫ
Таким образом, бесцементные
наноструктурированные вяжущие на основе сырья различной генетической принадлежности, используемые как в качестве основного связующего, так и модификатора, зарекомендовали себя эффективным компонентом строительных
материалов различного функционального назначения, обеспечивающих заданные строительно-технические свойства готовых изделий. При этом следует выделить высокую экологичность технологических этапов получения вяжущего вне зависимости от типа применяемого сырья, безопасность и благоприятность условий для человека при эксплуатации конструкций и зданий, возводимых из материалов на основе вяжущих малоклинкерного или бесклинкерного состава.
Изучены процессы и этапы твердения ВАВС на основе гранодиорита, состоящие из следующих стадий: I - механохимическое растворение минералов гранодиорита; II - выход в раствор ионов и поликонденсация кислот; III -избирательная эпитаксиальная кристаллизация. В процессе этого формируется монолитный каркас вяжущего за счет образования кристаллизационных контактов между частицами. Предложенная модель
соответствует поликонденсационно-
кристаллизационному механизму твердения вяжущего.
Работа выполнена в рамках реализации Стипендии Президента СП-2116.2018.1
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ковалев А.М. Проблемы и инструменты управления предприятиями цементной промышленности России // Вестник Академии. 2015. № 3. С. 51-55.
2. Пивинский Ю.Е. Высококонцентрированные керамические вяжущие суспензии. Исходные материалы, свойства и классификация // Огнеупоры. 1987. № 4. С. 8-20.
3. Череватова А.В., Строкова В.В., Жерновский И.В. Минеральные наноструктурированные вяжущие. Природа, технология и перспективы применения: монография. Белгород: изд-во БГТУ, 2010. 161 с.
4. Нелюбова В.В., Строкова В.В., Павленко Н.В., Жерновский И.В. Строительные композиты с применением наноструктурированного вяжущего на основе сырья различных генетических типов // Строительные материалы. 2013. № 2. С. 11-15.
5. Кобзев В.А., Сивальнева М.Н., Нелюбова В.В. Высококонцентрированная алюмосиликатная вяжущая суспензия из гранодиорита // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2018. № 1. С. 12-18.
6. Строкова В.В., Череватова А.В., Нелюбова В.В. Силикатные автоклавные материалы на основе высококонцентрированной вяжущей суспензии // Строительные материалы. 2007. № 10. С. 10-16.
7. Нелюбова В.В., Подгорный И.И., Строкова В.В., Пальшина Ю.В. Автоклавный газобетон с наноструктурированным модификатором алюмосиликатного состава // Строительные материалы. 2016. № 4. С. 72-75.
8. Нелюбова В.В., Гончарова Т.Ю., Шанчук Ю.С. О возможности получения наноструктурированного окрашенного силикатного автоклавного материала на основе высококонцентрированной вяжущей системы // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2008. № 1. С. 41-43.
9. Сумин А.В., Строкова В.В., Нелюбова В.В., Еременко С.А. Пеногазобетон с наноструктурированным модификатором // Строительные материалы. 2016. № 1-2. С. 70-75.
10. Строкова В.В., Нецвет Д.Д., Нелюбова В.В., Серенков И.В. Свойства композиционного вяжущего на основе наноструктурированной суспензии // Строительные материалы. 2017. № 12. С. 50-54.
11. Войтович Е.В., Череватова А.В., Жерновский И.В., Алехин Д.А. Гипсокремнеземные строительные композиты с повышенной жаростойкостью // Вестник
Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2014. № 6. С. 74-80.
12. Павленко Н.В., Строкова В.В., Череватова А.В., Жерновский И.В., Нелюбова В.В., Капуста М.Н. Эффективность применения наноструктурированного вяжущего при получении ячеистых композитов // Строительные материалы. 2012. № 6. С. 10-12.
13. Строкова В.В., Череватова А.В., Павленко Н.В., Мирошников Е.В., Шаповалов Н.А. Оценка эффективности применения наноструктурированного вяжущего при получении легковесных ячеистых композитов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2011. № 4. С. 48-51.
14. Череватова М.С., Мирошников Е.В., Павленко Н.В. Эффективные теплоизоляционные материалы на основе наноструктурированного вяжущего // Сухие строительные смеси. 2014. № 2. С. 41-42.
15. Нелюбова В.В., Кобзев В.А., Сивальнева М.Н., Подгорный И.И., Пальшина Ю.В. Особенности наноструктурированного вяжущего в зависимости от генезиса сырья // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2015. № 2. С. 25-28.
16. Kapusta M.N., Kobzev V.A., Nelubova V.V. Kinetics of mechanical activation during the manufacturing process of nanostructured binders // Applied Mechanics and Materials. 2014. T. 670. Р. 412-416.
17. Мирошников Е.В., Строкова В.В., Череватова А.В., Павленко Н.В. Наноструктурированное перлитовое вяжущее и пенобетон на его основе // Строительные материалы. 2010. № 9. С. 105-106.
18. Жерновский И.В., Осадчая М.С., Череватова А.В., Строкова В.В. Алюмосиликатное наноструктурированное вяжущее на основе гранитного сырья // Строительные материалы. 2014. № 1-2. С. 38-41.
19. Череватова А.В., Кожухова Н.И., Осадчая М.С., Жерновский И.В. Особенности реотехнологических свойств наноструктурированного алюмосиликатного вяжущего в присутствии комплексных модификаторов различной природы // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 9. С. 36-39.
20. Шаповалов Н.А., Череватова А.В., Слюсарь А.А. и др. Комплексная модифицирующая органоминеральная добавка для алюмосиликатных огнеупорных систем на основе высококонцентрированных керамических вяжущих суспензий // Химия и химическая технология. 2003. Т. 46. Вып. 5. С. 137-140.
21. Строкова В.В., Сивальнева М.Н., Жерновский И.В., Кобзев В.А., Нелюбова В.В. Особенности механизма твердения наноструктурированного вяжущего // Строительные материалы. 2016. № 1-2. С. 62-69.
22. Westphal T. Quantitative Rietveld-Analyse von amorphen Materialien: Dissertationsschrift zur Erlangung des Doktorgrades. Westphal Torsten. Halle (Deutschland). 2007. 145 p.
REFERENCES
1. Kovalev A.M. Problems and tools of management of enterprises of the cement industry of Russia // Bulletin of the Academy. 2015. № 3. P. 5155.
2. Pivinsky Yu.E. Highly concentrated ceramic binding suspensions. Initial materials, properties and classification // Refractories. 1987. № 4. P. 8-20.
3. Cherevatova A.V., Strokova V.V., Zhernovskiy I.V. Mineral nanostructured binders. Nature, technology and application prospects: monograph. Belgorod: BSTU publishing house, 2010. 161 p.
4. Nelyubova V.V., Strokova V.V., Pavlenko N.V., Zhernovskiy I.V. Construction composites using nanostructured binder based on raw materials of various genetic types // Building materials. 2013. № 2. P. 11-15.
5. Kobzev V.A., Sivalneva M.N., Nelyubova V.V. Highly concentrated aluminosilicate binder suspension based on granodiorite // Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2018. № 1. P. 12-18.
6. Strokova V.V., Cherevatova A.V., Nelyubova V.V. Silicate autoclave materials based on highly concentrated binding suspension // Building materials. 2007. № 10. P. 10-16.
7. Nelyubova V.V., Podgorny I.I., Strokova V.V., Palshina Yu.V. Autoclave Gas Concrete with Nanostructured Aluminosilicate Modifier // Building materials. 2016. № 4. P. 72-75.
8. Nelyubova V.V., Goncharova T.Yu., Shanchuk Yu.C. On the possibility of obtaining nanostructured colored silicate autoclaved material based on a highly concentrated binding system // Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2008. № 1. P. 41-43.
9. Sumin A.V., Strokova V.V., Nelyubova V.V., Eremenko S.A. Foam-gas concrete with a nanostructured modifier // Building materials. 2016. № 1-2. Pp. 70-75.
10. Strokova V.V., Netsvet D.D., Nelyubova V.V., Serenkov I.V. Properties of composite binder based on nanostructured suspension // Building materials. 2017. № 1-2. Pp. 50-54.
11. Voitovich E.V., Cherevatova A.V., Zhernovskiy I.V., Alekhin D.A. Gypsum-silicate building composites with high heat resistance // Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2014. № 6. P. 74-80.
12. Pavlenko N.V., Strokova V.V., Cherevatova A.V., Zhernovskiy I.V., Nelyubova V.V., Kapusta
M.N. Efficiency of application of nanostructured binder in the production of cellular composites // Building materials. 2012. № 6. P. 10-12.
13. Strokova V.V., Cherevatova A.V., Pavlenko N.V., Miroshnikov E.V., Shapovalov N.A. Evaluation of the effectiveness of nanostructured binder in the preparation of lightweight cellular composites // Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2011. № 4. P. 48-51.
14. Cherevatova M.S., Miroshnikov E.V., Pavlenko N.V. Effective thermal insulation materials based on nanostructured binder // Dry mixes. 2014. № 2. P. 41-42.
15. Nelyubova V.V., Kobzev V.A., Sivalneva M.N., Podgorny I.I., Palshina Yu.V. Features nanostructured binder depending on the genesis of raw materials // Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2015. № 2. P. 25-28.
16. Kapusta M.N., Kobzev V.A., Nelubova V.V. Kinetics of mechanical activation during the manufacturing process of nanostructured binders // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 670. P. 412-416.
17. Miroshnikov E.V., Strokova V.V., Cherevatova A.V., Pavlenko N.V. Nanostructured perlite binder and foam concrete based on it // Building materials. 2010. № 9. P. 105-106.
18. Zhernovsky I.V., Osadchaya M.S., Cherevatova A.V., Strokova V.V. Aluminosilicate nanostructured binder based on granite raw materials // Building materials. 2014. № 1-2. P. 38-41.
19. Cherevatova A.V., Kozhukhova N.I., Osadchaya M.S., Zhernovsky I.V. Features reotechnological properties of nanostructured aluminosilicate binder in the presence of complex modifiers of different nature // Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2016. № 9. P. 36-39.
20. Shapovalov N.A., Cherevatova A.V., Slyusar A.A. et al. Complex modifying organomineral additive for aluminosilicate refractory systems based on highly concentrated ceramic binding suspensions // Chemistry and chemical Technology. 2003. Vol. 46. Issue 5. pp. 137-140.
21. Strokova V.V., Sivalneva M.N., Zhernovskiy I.V., Kobzev V.A., Nelyubova V.V. Features of the mechanism of hardening of nanostructured binder // Building materials. 2016. № 1-2. Pp. 62-69.
22. Westphal T. Quantitative Rietveld-Analyse von amorphen Materialien: Dissertationsschrift zur Erlangung des Doktorgrades. Westphal Torsten. Halle (Deutschland). 2007. 145 p.
EVOLUTION OF ZERO-CEMENT NANOSTRUCTURED BINDERS OF DIFFERENT
TOPOGENETIC BELONGING
Sivalneva M.N., Nelubova V.V., Kobzev V.A.
Belgorod State Technological University named after V.G. Shoukhov, 308012, Belgorod, Kostyukov St., 46
549041@mail.ru
Summary A comparative analysis of technologies, principles of modification and their positive impact on the mineral systems of nanostructured binders obtained on the basis of various types of raw materials: quartz sand, perlite and granite, made it possible to depict the evolutionary development of a number of clinkerless binders. The features of the application of nanostructured binder of different composition as the main binder and modifying component for materials of different types of hardening are given. The effectiveness of the technological principles of obtaining presented binders, the methods and agents of its modification for the formation of optimal rheo-technological properties of the binder itself and composites based on it or with its application is substantiated. A high environmental friendliness of the technological stages of obtaining a binder, regardless of the genetic origin of the raw materials used, the safety and favorable conditions for a person during the operation of structures and buildings constructed from materials based on low-clinker and clinkerless binders is presented. The article presents studies on the processes and stages of hardening of cementless binder on the basis of granodiorite, on the basis of which a model of its hardening has been proposed.
Research subject: publication analysis of researches on the study of nanostructured binders obtained on the basis of various types of raw materials, the mechanism of hardening of a highly concentrated aluminosilicate binding suspension based on granodiorite.
Materials and methods: A highly concentrated aluminosilicate binder suspension (HCABS) based on granodiorite was used in the work. The study of phase and structure formation, the processes of hardening of the binding suspension was carried out using qualitative and full-profile quantitative X-ray phase analysis.
Results: a scheme for modifying nanostructured binders, which were obtained on the basis of the following rocks: quartz sand, pearlite and granite. A model for the hardening of zero-cement granodiorite-based binder is proposed, which follows the scheme: I - mechanochemical dissolution of granodiorite minerals; II - ions outgoing into the solution and polycondensation of acids; III - selective epitaxial crystallization.
Conclusions: The obtained data and their analysis allowed to rationalize the perspectivity for the application and expansion of the range of nanostructured and highly concentrated binders of various types. The proposed model of hardening of the binder on the basis of granodiorite corresponds to the polycondensation-crystallization mechanism.
Key words: nanostructured binder, quartz sand, perlite, granite, granodiorite, hardening mechanism.
