ФАКТОРЫ ВЛИЯНИЯ НА ДЕФОРМАТИВНЫЕ СВОЙСТВА ТЯЖЕЛЫХ БЕТОНОВ НА ЩЕЛОЧНЫХ ЦЕМЕНТАХ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

СТРОИТЕЛЬНОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

НАУЧНАЯ СТАТЬЯ / RESEARCH PAPER УДК 691.335

DOI: 10.22227/1997-0935.2023.3.416-426

Факторы влияния на деформативные свойства тяжелых бетонов на щелочных цементах

Мадина Шахидовна Саламанова1,2, Сайд-Альви Юсупович Муртазаев1,2

1 Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М.Д. Миллионщикова

(ГГНТУ им. акад. М.Д. Миллионщикова); г. Грозный, Россия; 2Комплексный научно-исследовательский институт имени Х.И. Ибрагимова Российской академии наук;

г. Грозный, Россия

АННОТАЦИЯ

Введение. В процессе формирования структуры, набора свойств и в период эксплуатации бетонные конструктивные элементы претерпевают различные линейные и объемные изменения, что связано с деформациями материала. Поэтому именно деформативные свойства учитывают при составлении проектной документации на стадии принятия конструктивных решений, зная факт влияния этого показателя на физико-механические характеристики конечного железобетонного изделия или монолитной конструкции в целом. Особый интерес вызывают и причины возникновения деформаций, проявляющихся в процессе твердения бетонного композита.

Материалы и методы. Деформативные свойства тяжелых бетонов на основе вяжущих щелочного затворения изучались согласно ГОСТ 24452-80 «Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона», ГОСТ 17624-87 «Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности». Результаты. Представлены исследования, направленные на изучение деформативных изменений. Полученные рем р, зультаты показали, что наблюдалось развитие деформаций при твердении бетонных призм, для составов бетона с использованием микронаполнителя из опоковидного мергеля характерны усадочные деформации, для составов (У ад на добавке из барханного порошка обнаружено незначительное расширение.

Выводы. Исследования деформаций бетонов с использованием в качестве вяжущего минеральных порошков алю-£ ф мосиликатного происхождения, активированных щелочным раствором, показали характер протекающих деформаций.

Так, при поверхностном контакте бетона с окружающей средой усадочные деформации обусловлены влажностными, карбонизационными и частично контракционными процессами со свойственными им признаками. При отсутствии контакта с газовоздушной средой явно проявляются деформации, вызванные контракционными процессами. Числовые значения усадочных деформаций ниже нормативных величин для портландцементного тяжелого бетона.

во

ш

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: щелочной раствор, активатор, деформативные свойства, геополимеры, аспирационная

О JE пыль, клинкерная пыль, минеральный порошок

Н £

Д . ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Саламанова М.Ш., Муртазаев С.-А.Ю. Факторы влияния на деформативные свойства

£ £ тяжелых бетонов на щелочных цементах // Вестник МГСУ. 2023. Т. 18. Вып. 3. С. 416-426. DOI: 10.22227/1997-0935.

i= ■§ 2023.3.416-426

—■

о ^ Автор, ответственный за переписку: Мадина Шахидовна Саламанова, madina [email protected].

о ££

.Е о -

£ ^ Madina Sh. Salamanova1,2, Said-Alvi Yu. Murtazaev1,2

££ — 1 Grozny State Oil Technical University named after Academician M.D. Millionshchikov

о E (GSOTU named after academician M.D. Millionshchikov); Grozny, Russian Federation;

Factors that influence deformation properties of heavy concretes containing alkali-activated cements

cB ° 2 Kh.I. Ibragimov Complex Research Institute of the Russian Academy of Sciences; Grozny, Russian Federation

fc о 3

ОТ H ABSTRACT

ОТ °

— 2 Introduction. In the process of structurization, development of properties, and operation concrete structural elements un-

9ч ' dergo various linear and volumetric changes, triggered by material deformations. Therefore, it is the deformation properties

О JJ that are taken into account when design documentation is drafted at the stage of making design solutions with regard for

g О the influence of this factor on physical and mechanical characteristics of a final reinforced concrete product or a monolithic

¡^ E structure as a whole. Of particular interest are causes of deformations that emerge during the curing of concrete composites.

S Materials and methods. Deformation properties of heavy concretes, having binders that contain alkaline mixes, were

¡E £ studied in accordance with GOST 24452-80 Concrete. Methods for determining prism strength, modulus of elasticity and

jj jj Poisson's ratio, and GOST 17624-87 Concrete. Ultrasonic method for determining strength.

U > Results. The paper presents studies focused on deformation-triggered changes. The results showed that the development of deformations was observed during the hardening of concrete prisms, and shrinkage deformations were characteristic

416 © М.Ш. Саламанова, С.-А.Ю. Муртазаев, 2023

Распространяется на основании Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC)

на щелочных цементах

of concrete compositions that contained the micro-filler made of opoka malmstone, while compositions, having a dune powder additive, demonstrated slight expansion.

Conclusions. Deformations of concrete, containing such binders as mineral powders of aluminosilicate origin and activated by an alkaline solution, were studied to identify the nature of ongoing deformations. Hence, in case of the surface contact between concrete and the environment, shrinkage deformations are caused by moisture, carbonization and some contraction processes that manifest their characteristic features. In the absence of contact with the gas-air medium, deformations caused by contraction processes are clearly manifested. It is noteworthy that numerical values of shrinkage deformations are below the standard values for Portland cement heavy concrete.

KEYWORDS: alkaline solution, activator, stress-strain properties, geopolymers, aspiration dust, clinker dust, mineral powder

FOR CITATION: Salamanova M.Sh., Murtazaev S.-A.Yu. Factors that influence deformation properties of heavy concretes containing alkali-activated cements. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2023; 18(3):416-426. DOI: 10.22227/1997-0935.2023.3.416-426 (rus.).

Corresponding author: Madina Sh. Salamanova, [email protected].

ВВЕДЕНИЕ

Производство доминирующего в строительной сфере материала — портландцемента, требует ежегодной экзентерации из природной среды миллиардов тонн минерально-сырьевого ресурса. Конечно, это не сопровождается выплеском токсичных веществ, но выпуск этой продукции сопряжен со значительными выбросами углекислоты, тонкодисперсной реакционной пыли, диоксинов, серы и т.д., наносящими огромный вред здоровью человека, живых существ и окружающей среде. В повестке многих научно-практических форумов остро стоит вопрос декарбонизации экономики и намечены принципиальные направления, напрямую затрагивающие производство ресурсо- и энергосберегающей продукции, изложенные в «Стратегии развития промышленности строительных материалов на период до 2020 года и дальнейшую перспективу до 2030 года» и определяющие следующие технологические решения обозначенных проблем:

• производство модифицированных вяжущих с минимальной долей портландцементного клинкера и введением минеральных добавок техногенного происхождения;

• развитие бесклинкерной технологии вяжущих щелочного затворения как на основе использования отходов топливно-энергетической промышленности при их наличии в данном регионе (шлакощелочные цементы), так и с применением тонкодисперсных добавок алюмосиликатной природы (геополимеры).

Таким образом, щелочные вяжущие, получаемые затворением минеральных алюмосиликатных порошков из отходов промышленности или доступного природного сырья, позволят решать многие научные проблемы экологического, экономического и технического характера. В связи с этим была поставлена цель исследования, заключающаяся в разработке составов бетонных геокомпозитов на основе щелочных вяжущих с улучшенными физико-механическими показателями. А для устойчивого развития и промышленного внедрения технологии геополимерных вяжущих веществ необходим

анализ и систематизация данных о влиянии различных факторов на свойства строительных композитов, особый интерес вызывают проявляющиеся деформации и причины их возникновения в процессе эксплуатации бетонной конструкции [1-8].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В процессе формирования структуры, набора

свойств и в период эксплуатации бетонные кон- ^ п

структивные элементы претерпевают различные $ ®

объемные изменения, что связано с деформациями з ^

материала [9-15]. Поэтому именно деформатив- ф |

ные свойства учитывают при составлении проект- ^ М

ной документации на стадии принятия конструк- и О

с у

тивных решений, зная влияние этого показателя • •

на физико-механические характеристики конеч- о й

§ СО

ного железобетонного изделия или монолитной 1 2

конструкции в целом. Деформативные свойства ^ 9

тяжелых бетонов на основе вяжущих щелочного г —

затворения изучались согласно ГОСТ 24452-80 1 з

«Бетоны. Методы определения призменной проч- § (

ности, модуля упругости и коэффициента Пуас- о §

сона». В состав порошкообразных составляющих ¡Л 1

вяжущих связок входили отходы цементной про- С й

мышленности в виде аспирационной и клинкер- о 2

ной пыли, минеральный тонкодисперсный по- § о

рошок из опоковидного мергеля, полученный ^ С

40-минутным помолом в вибрационной шаровой о о

мельнице до удельной поверхности 825 м2/кг. е о

В качестве затворителя использовали подобран- и §

ный в результате экспериментальных исследо- • )

ваний щелочной раствор, состоящий из водного О Т

натриевого жидкого стекла силикатный и |

модуль 2,8 и плотностью 1,42 г/см3) и гидрокси- 3 8

да натрия (№ОН плотностью 1,25 г/см3) в соот- 1 ф

ношении 80:20 % соответственно. Оптимальным I Ы

было установление отношения жидкая составля- $ у

ющая к реакционноспособному порошку (ЩР/РК) ф £

в диапазоне 0,71-0,76. Для проведения иссле- ф ф

дований изготовили образцы призмы размером 0 0

100 х 100 х 400 мм с использованием в качестве 3 3 заполнителя кварцевого песка с модулем крупно-

Табл. 1. Составы бетонов на вяжущих щелочной активации Table 1. Compositions of concretes having alkaline activated binders

Номер состава ЩР/РК Расход материалов на 1 м3 бетона, кг/м3 Consumption of materials per 1 m3 of concrete, kg/m3

Number composition AS/RC Щебень Rubble Песок М = 1,9 к 5 Sand М = 1.9 s РК RC КП CD МП МР Na2SiO3 NaOH

1 0,70 1100 600 511 62 30 250 61

2 0,75 1100 600 511 62 30 268 66

Примечание: ЩР/РК — отношение щелочного раствор к реакционному порошку; РК — реакционноспособный компонент (аспирационная пыль); КП — клинкерная пыль; МП — минеральный порошок 40-минутного помола тонкодисперсного мергеля с удельной поверхностью 825 м2/кг.

Note: AS/RC is the ratio of alkaline solution to reactive powder; КС is reactive component (aspiration dust); CD is clinker dust; МР is mineral powder made of finely dispersed malmstone, ground for 40 minutes, with a specific surface area of 825 m2/kg.

W (0

N N

О О

N N

WW

* <D U 3

> (Л

с и

U oo

. г

« д. j

<D ф

сти 1,9 и щебня осадочного происхождения, полученного дроблением валунно-гравийных пород (марка по дробимости 1000). В табл. 1 приведены составы бетонов на вяжущих щелочной активации.

Исследование влияния состава вяжущей связки «реакционный порошок — клинкерная пыль 15 % — мергель 10 % — + №ОН» и от-

ношения щелочной раствор к порошкообразной вяжущей связке на физико-механические свойства, и, в частности, модуль деформаций, проводили с использованием проверенного и сертифицированного прибора — ультразвукового тестера Пульсар-1.1. В зависимости от скорости распространения ультразвуковых импульсов при поверхностном и сквозном прозвучивании бетона (рис. 1) можно определять прочность, плотность и модуль упругости согласно ГОСТ 17624-87 «Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности».

Для проведения исследований необходимо задавать режим прозвучивания, материал, установить коэффициенты калибровочных зависимостей «измеряемый параметр - скорость ультразвука». При измерении модуля деформаций коэффициенты для пересчета зависимости «скорость распространения - модуль упругости» можно представить в следующем виде:

Е =

Р V2 9,81-ф"

105

где Е — модуль упругости, МПа; р — объемный вес, г/см3; V — скорость ультразвука, м/с; ф — переходный коэффициент.

Фрагмент проведения эксперимента (рис. 2) и результаты испытаний образцов бетона на определение физико-механических и деформативных свойств, полученных прибором Пульсар, представлены в табл. 2.

О ё

---' "t^

о

о £ СО <f

S =

z ■ i от « от Е

— -ь^

Е § ^ с

ю о

S «

о Е с5 о

СП ^ т- ^

£

ОТ О

i *

О (П

Рис. 1. Варианты прозвучивания Fig. 1. Sonic testing options

Рис. 2. Процесс проведения испытаний на приборе Пульсар-1.1 Fig. 2. The process of testing using Pulsar 1.1

Табл. 2. Физико-механические свойства бетонов на вяжушдх щелочной активации Table 2. Physical and mechanical properties of concretes containing alkaline activated binders

Показатель Property Составы бетона в табл. 1 Compositions of concrete in Table 1

Состав 1 / Composition 1 Состав 2 / Composition 2

Расход щелочного раствора, л/м3 Consumption of alkaline solution, l/m3 311 334

R (кубиковая), МПа / R (cubic), MPa сж v '' сомK '' 44,2 41,3

R (призменная), МПа / Rr (prism), MPa 37,0 36,2

Модуль упругости, 103 МПа Modulus of elasticity, 103 MPa 33,5 28,4

Средняя плотность, кг/м3 / Average density, kg/m3 2323 2312

Водопоглощение, % / Water absorption, % 3,4 3,8

Марка / Brand 400 400

Класс / Class 30 30

< П

iH

k К

G Г

S 2

0 со n СО

1 О y 1

J CD

u-

^ I

n °

О 3 o

=s (

О i о n

РЕЗУЛЬТАТЫ

Результаты исследований показали, что бетонные образцы на основе вяжущих щелочной активации оказались достаточно плотными и непроницаемыми, невысокое водопоглощение подтверждает низкий процент открытой пористости, что прогнозирует высокую долговечность и прочность композитов. Модуль упругости и прочностные показатели в составе 1 сравнительно выше на 10-15 %, чем в составе 2, и это следствие того, что отношение щелочного затворителя к расходу порошкообразной составляющей вяжущей связки ниже, а при должном формировании образцов и выборе правильных условий для твердения возможно получить продукт хорошего качества.

со со

0)

Таким образом, в плотных многокомпонентных системах наблюдается более высокий модуль деформаций, и обосновано это тем, что в таких композициях слабых зон будет меньше, следовательно, меньше концентраций внутренних напряжений, что способствует упрочнению камня.

Рассматривая полученный искусственный камень на основе вяжущих щелочной активации с использованием минеральных порошков разной гранулометрии, дисперсности и активности с позиции многокомпонентной сложной системы, можно обозначить следующие структурные элементы [17-20]: • цементная щелочная матрица, усиленная структурными химическими связями и прочными труднорастворимыми новообразованиями и соединениями;

м со о

о 66

r §6 c я

h о

c n

О )

i!

<1 00

oe В ■ т

s У с о

DD К WW M M

о о 10 10 U W

(О (О

сч N

о о

сч сч

cí р> К (V U 3 > (Л С И

ta «о

« (U

ц

ф ф

О ё —■

о

о У

8 «

Z ■ ^ ОТ 13 от Е

Е о ^ с

ю о

S «

о Е

СП ^

т- ^

от от

£ w

■8 i*

í!

о (ñ

• минеральные алюмосиликатные порошки в тонкодисперсном состоянии, выполняющие ключевую роль в процессах геопреобразований и гидратации на всех стадиях формирования структуры, и добавки-наполнители более высокой удельной поверхности, необходимые для создания плотной упаковки цементного камня;

• прочная диффузионная контактная зона, являющаяся дополнительным центром упрочнения и омоноличивания бетонного комопзита.

В результате проведенных исследований установлено, что такие факторы, как химико-минералогический состав компонентов вяжущей связки, концентрация щелочного затворителя, отношение щелочного раствора к реакционной составляющей, непосредственно влияют на деформативные изменения бетона. Для улучшения поровой структуры цементного камня использовали добавку — наполнитель из опоковидного мергеля, и в комплексе с оптимальными условиями твердения можно регулировать плотность композита. Но проведенные ранее [16] исследования установили, что показатель средней плотности повышается с увеличением степени наполнения системы, в дальнейшем это может привести к росту усадочных деформаций. В зависимости от минералогического состава частиц порошка возможно проявление и расширяющихся деформаций, поэтому для исследования отклонений от первоначального размера бетонных образцов необходимо изучить поведение системы, варьируя содержание компонентов и степень концентрации. Исследуемый материал считается новым на строительном рынке, поэтому необходимо определить значимость и природу возникновения деформатив-ных отклонений на величину усадки бетона на щелочных вяжущих.

Усадка возникает в результате протекания процессов карбонизации, так как мы знаем, что в цементном камне содержится небольшой процент щелочей в несвязанном виде и при взаимодействии с углекислотой воздуха образуется карбонат натрия №2С03. Но этот вид усадочных деформаций будет присутствовать только на поверхности композита на глубине примерно 1-10 мм [13, 14, 16].

Пластические усадочные деформации наблюдаются в результате уменьшения объема только что уложенного бетона до конца схватывания формовочной смеси. Для бетонов на щелочных вяжущих материалах с использованием в системе минеральных порошков разной гранулометрии потенциал этого вида усадки выше, но его можно ликвидировать, используя правильные условия твердения, оптимальные процессы формования бетона [13-16].

Влажностные усадочные деформации проявляются в процессе твердения в воздушно-сухих условиях и развитие их происходит в течение нескольких месяцев. Именно этот вид усадки можно считать самым распространенным и значимым на практике.

Для бетонов на щелочных вяжущих с характерным невысоким содержанием воды в составе щелочного раствора свойственно малое содержание несвязанной воды в структуре бетона, следовательно, меньшее значение приобретает влажностная усадка [16].

И последний вид усадочных деформаций, связанный с процессами контракции, проявляется в результате химического взаимодействия воды с минералами порошкообразной составляющей вяжущей связки, определяется степенью протекания гидратационных процессов в системе и интенсивно развивается в момент протекания химических реакций. Величина контракционной усадки составляет приблизительно 10 % от влажностной.

Для исследования проявляющихся в процессе твердения деформационных явлений и определения значимости усадки были изготовлены образцы из тяжелого бетона размерами 100 х 100 х 400 мм по рецептурам, представленным в табл. 3, где в состав вяжущей связки входили отходы цементного производства, тонкодисперсный порошок и смешанный щелочной активатор-затворитель.

Состав вяжущей связки:

• аспирационная пыль 75 % + клинкерная пыль 15 % + минеральный порошок 10 % + Na2SiO3 + + NaOH;

• аспирационная пыль 60 % + клинкерная пыль 15 % + минеральный порошок 25 % + Na2SiO3 + + NaOH.

Количество минерального порошка варьировали в дозировках 10 и 25 % для выявления роли этого компонента на процессы возникновения деформаций, в качестве наполнителя использовали опоковидный мергель и барханные тонкие пески, которые подвергали механоактивации в течение 30 мин в шаровой вибромельнице ВМ-20, удельная поверхность полученного материала составила S 680 и 660 м2/кг соответственно. Показатель плотности щелочного раствора получали смешиванием натриевого жидкого стекла плотностью 1420 кг/м3 и едкого натрия плотностью 1250 кг/м3 в соотношении 80:20 %, осуществляли это с помощью лабораторного прибора ареометра АОН-3 с диапазоном измерений 1300-1800 кг/м3 и АОН-2 с диапазоном измерений 1240-1320 кг/м3. В среднем плотность смешанного щелочного раствора составляла 1340-1350 кг/м3.

Оптимальным было принято отношение щелочного раствора к порошкообразной составляющей вяжущей связки в диапазоне 0,68-0,70. В качестве крупного заполнителя использовался щебень карьера Серноводский (ЧР) фракционного состава 5-20 мм, мелкий заполнитель применялся в эксперименте из кварцевого песка с модулем крупности 1,9 карьера Червленский местного производителя. Изготовленные бетонные образцы из смоделированных составов находились на период твердения в воздушно-сухих условиях при температуре

Табл. 3. Рецептуры бетонных композитов Table 3. Formulations of concrete composites

Номер состава Number œmposition Расход материалов на 1 м3 бетона, кг/м3 / Consumption of materials per 1 m3 of concrete, kg/m3

Щебень Rubble Песок М = 1,9 к ' Sand М = 1.9 s Аспирационная пыль Aspiration dust Клинкерная пыль Clinker dust Опока Opoka Барханный песок Dune sand Na2SiO3 NaOH

1 1100 720 425 75 - - 215 53

2 1100 720 375 75 50 - 209 52

3 1100 720 300 75 125 - 203 50

4 1100 720 375 75 - 50 206 50

5 1100 720 300 75 - 125 200 48

20 ±2 °С и относительной влажности 40-50 %, наблюдение за происходящими изменениями осуществлялось с минуты изготовления на протяжении длительного срока до 60 сут.

Визуальный осмотр трех призм разного состава: без добавочного, 10 и 25 % мергеля, показал различие в цветовой окраске образцов, с увеличением минерального порошка происходит осветление бе-

тонной матрицы. На рис. 3, а представлены образцы на первые сутки твердения, а на снимке Ь — на третьи сутки, на снимке с — на 28 сут твердения. Образцы специально были оставлены в своих формах для наблюдения усадочных деформаций и удобности отмеривания отклонений от первоначальных размеров, в табл. 4 приведены результаты исследований.

< в

Ф № t О

iH

м3 G Г

s С

U «

1 У

U) СГ)

У

J со

u-

о 0

о 3

о §

о i

о)

(Л

— о 2

Рис. 3. Общий вид испытаний призм на усадочные деформации Fig. 3. Shrinkage testing of prisms

ш о

о 6

О)

r 6 tt §

Ui r о

о e

I?

1 8 ^ '

w 00

I J s 3

s У s о n я

J,, M 2

о о

M M Ы Ы

b

a

с

Табл. 4. Результаты визуальных обследований усадочных деформаций Table 4. Results of visual examinations of shrinkage deformations

Номер состава Расход компонентов вяжущей связки, % Consumption of binder components, % Усадочные деформации, мм/м Shrinkage deformations, mm/m

Number composition Аспирационная пыль Aspiration dust Клинкерная пыль Clinker dust Опока Opoka Возраст, сут Age, days Продольные Longitudinal Поперечные Transverse

1 - -

1 85 15 - 3 0,01 -

28 0,30 0,20

1 0,01 -

2 75 15 10 3 0,06 0,06

28 0,10 0,10

1 0,02 0,01

3 60 15 25 3 0,10 0,08

28 0,50 0,40

W (0 N N О О

сч сч

ci ri К (V U 3 > (Л С И

ta со

. г

со Щ

ц

ф ф

О ё

---' "t^

о

о У

s с

8 «

Z ■ i

от ?

от IE

Е О

CL° ^ с

ю о

s «

о Е с5 °

СП ^ т- ^

Проведенные натурные исследования изменений от первоначальных размеров образцов позволяют оценить развитие усадочных деформаций с большой погрешностью, но для поверхностного представления достаточно заметить, что с повышением количества минеральной добавки до 25 % отклонение от исходных параметров растет. Образцы бетона на вяжущем щелочного затворения наблюдались в более поздние сроки, и усадочных деформаций зафиксировано не было. Поэтому для более точного исследования усадочных и линейных деформаций расширения была сконструирована специальная установка для этих целей и деформации измеряли с помощью индикаторов

часового типа с ценой деления 0,001 мм на базе 400 мм.

Бетонные призмы размерами 100 х 100 х 400 мм сразу после распалубки на вторые сутки помещались в данные устройства, а для выявления зависимости такого важного фактора, как условия твердения на изменение от первоначальных размеров, приготовленные образцы в течение эксперимента содержали в фактически разных условиях: в изолированных от влагообмена с окружающей средой, заворачивали в теплоотражающую пленку толщиной 3 мм, и неизолированных, но в помещении постоянно фиксировали температуру воздуха и относительную влажность среды. Результаты исследований представлены на рис. 4.

s s

sí s .

I

«

u i

S -

от от

2 3 ■8

о in №

Cостав контрольный Сontrol composition

10 % мергель 10 % marl

25 % мергель 25 % marl

10 % барханный 10 % dune

25 % барханный 25 % dune

Рис. 4. Зависимость линейных деформаций от продолжительности твердения: a — условия, изолированные от влагопотерь с окружающей средой; b — условия, неизолированные с окружающей средой при температуре 20 ± 2 °С и ф = 50-60 %

Fig. 4. Dependence of linear deformations on hardening time: a — conditions isolated from moisture loss in the environment; b — conditions not isolated from the environment at a temperature of 20 ± 2 °С and ф = 50-60 %

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБСУЖДЕНИЕ

Исследования деформационных изменений проводили на достаточно длительные сроки твердения до 90 сут и более, фиксировались даже минимальные отклонения. Результаты исследований позволили сделать вывод, что наблюдалось развитие деформационных отклонений при твердении бетонных призм, и для бетонных составов с использованием порошка наполнителя из опоковидного мергеля характерны усадочные деформации, для составов на добавке из барханного порошка обнаружено незначительное расширение в объеме. Зависимости относительных линейных деформаций от времени твердения показывают, что рост деформаций начинается на третьи сутки и постепенно увеличивается в течение 28 сут до 0,26-0,29 мм/м в изолированных и неизолированных условиях выдерживания соответственно. С увеличением расхода минерального порошка отмечается также рост усадочных деформаций с 0,2 до 0,26 мм/м при отсутствии влагопо-терь и с 0,24 до 0,29 мм/м в другом случае. Начиная с 40 сут развитие деформаций усадки замедляется даже для 25 % наполненных систем. Можно говорить, что в данном случае присутствует влажност-ная и контракционная усадка, особенно во втором случае она проявляется в образцах, твердеющих в условиях изоляции от влагообмена с окружающей средой.

Установлено, что бетонные композиты на вяжущей связке «барханный порошок - №^Ю3» проявляют незначительный, но расширяющийся эффект. Объемное расширение зафиксировано в большей мере в бетонных призмах на связке «аспирацион-ная пыль - клинкерная пыль - барханный порошок 25 % - №^Ю3». В исследуемых бетонных призмах (состав 4 и 5) также зафиксировано расширение объема на 0,024 мм/м на 60 сут твердения в образ-

цах с 10 % и 0,032 мм/м с 25 % барханного порошка. В изолированных от окружающей среды образцах расширение немного меньше, чем при контакте с воздухом.

Деформации в изолированных условиях можно считать результатом контракционной усадки, поэтому максимальные числовые значения на 60 сут — 0,34 мм/м. Выявленная характерная особенность вяжущих связок на барханных песках расширяется в объеме на 0,024 мм/м на 60 сут твердения в образцах с 10 % и 0,032 мм/м с 25 % барханного порошка обусловлена химическим составом, в котором оксида магния 2,41 %, известен факт, что это MgO и является самостоятельным вяжущим, которому свойственно при гидратации расширяться в объеме. Рентгенофазовый структурный анализ образцов цементного камня на вяжущей связке с применением минерального порошка из барханных песков подтвердил присутствие гидросульфоалюминатов кальция, также способствующих проявлению небольшого объемного расширения.

Таким образом, в результате исследований деформационных изменений бетонов с использованием в качестве вяжущего минеральных порошков алюмосиликатного происхождения, активированных щелочным раствором, установлен характер протекающих деформаций. Так, при поверхностном контакте бетона с окружающей средой усадочные деформации обусловлены влажностными, карбонизационными и частично контракционными процессами, со свойственными им характерными признаками. При отсутствии контакта с газовоздушной средой явно проявляются деформации, вызванные контракционными процессами. Сравнивая полученные результаты усадочных деформаций бетонов на вяжущих щелочной активации, можно определить, что эти числовые значения ниже нормативных величин для портландцементного тяжелого бетона.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Lopez F.J., Sugita S., Tagaya M., Kobayashi T. Metakaolin-based geopolymers for targeted adsorbents to heavy metal ion separation // Journal of Materials Science and Chemical Engineering. 2014. Vol. 02. Issue 07. Рр. 16-27. DOI: 10.4236/msce.2014.27002

2. Саламанова М.Ш., Муртазаев С.-А.Ю., Нахаев М.Р. Возможные пути альтернативного решения проблем в цементной индустрии // Строительные материалы. 2020. № 1-2. С. 73-77. DOI: 10.31659/0585-430X-2020-778-1-2-73-77

3. Chen L., Wang Z., Wang Y., Feng J. Preparation and properties of alkali activated metakaolin-based geopolymer // Materials. 2016. Vol. 9. Р. 767. DOI: 10.3390/ma9090767

4. Zhang Z., Provis J.L., Zou J., ReidA., Wang H. Toward an indexing approach to evaluate fly ashes for geopolymer manufacture // Cement and Concrete Research. 2016. Vol. 85. Рр. 163-173. DOI: 10.1016/j. cemconres.2016.04.007

5. Рахимова H.P. Состояние и перспективные направления развития исследований и производства композиционных шлакощелочных вяжущих, растворов и бетонов // Строительные материалы. 2008. № 9. С. 77-80.

6. Hardjito D., Wallah S., Sumajouw D., Rangan B. On the development of fly ash-based geopolymer concrete // ACJ Materials Journal. 2004. Vol. 101. Рр. 467-472.

< П

iH

k К

G Г

0 CO n CO

1 О

У 1

J to

u-

^ I

n °

О 3 o

zs (

О i о n

CO CO

n M n 0

о 6

r 6 t (

О )

i!

® 00

oe в

■ T

s У с о <D К WW

2 2

О О

2 2

W W

(О (О сч N о о

N N (О (О

¡г <и

U 3 > (Л С И

U оо

. r

« flj j

<u <u

О £

---' "t^

о

о У

8 « Si «

от Е

Е о ^ с

ю о

S «

О Е

СП ^

т- ^

от от

£ S

il

О (П

7. Davidovitz J. Geopolymer. Chemistry and applications. Saint-Quentin : Institute Geopolymer, 2008. 592 p.

8. Nuruddin M.F., Demie S., Ahmed M.F., Shafiq N. Effect of Superplasticizer and NaOH molarity on workability, compressive strength and microstructure properties of self-compacting geopolymer concrete // World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Geological and Environmental Engineering. 2011. Vol. 5. Issue 3. Pp. 187-194. DOI: 10.5281/zenodo.1062742

9. Alex T.C., Kalinkin A.M., Nath S.K., Gurev-ich B.I., Kalinkina E.V., Tyukavkina V.V., Kumar S. Utilization of zinc slag through geopolymerization: influence of milling atmosphere // International Journal of Mineral Processing. 2013. Vol. 216. Рр. 102-107. DOI: 10.1016/j.minpro.2013.06.001

10. Villa C., Pecina E.T., Torres R., Gomez L. Geopolymer synthesis using alkaline activation of natural zeolite // Construction and Building Materials. 2010. Vol. 24. Issue 11. Рр. 2084-2090. DOI: 10.1016/j. conbuildmat.2010.04.052

11. Рахимова Н.Р., Рахимов Р.З. Композиционные шлакощелочные вяжущие с минеральными добавками различного типа активности // Вестник Волжского регионального отделения Российской академии архитектуры и строительных наук. 2013. № 16. С. 204-216.

12. Salamanova M.Sh., Mintsaev M.Sh., Murtaza-ev S.-A.Yu., Bisultanov R.G., Salamanova M.Sh. Finegrained concretes with clinker-free binders on an alkali gauging // Proceedings of the International Symposium "Engineering and Earth Sciences: Applied and Fundamental Research" dedicated to the 85th anniversary of H.I. Ibragimov (ISEES 2019). 2019. DOI: 10.2991/ isees-19.2019.98

Поступила в редакцию 10 октября 2022 г. Принята в доработанном виде 28 января 2023 г. Одобрена для публикации 9 марта 2023 г.

Об авторах: Мадина Шахидовна Саламанова — доктор технических наук, доцент, директор научно-технического центра коллективного пользования «Современные строительные материалы и технологии»; Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М.Д. Миллионщикова (ГГНТУ им. акад. М.Д. Миллионщикова); 364051, г. Грозный, пр-т Хусейна Исаева, д. 100; Комплексный научно-исследовательский институт имени Х.И. Ибрагимова Российской академии наук; 364051, г Грозный, Старопромысловское шоссе, д. 21а; SPIN-код: 614-9180, Scopus: 57192895779, ResearcherID: ABF-7578-2020, ORCID: 0000-0002-1293-7090; [email protected];

Сайд-Альви Юсупович Муртазаев — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии строительного производства; Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М.Д. Миллионщикова (ГГНТУ им. акад. М.Д. Миллионщикова); 364051, г Грозный, пр-т Хусейна Исаева, д. 100; Комплексный научно-исследовательский институт имени Х.И. Ибрагимова Российской академии наук; 364051, г. Грозный, Старопромысловское шоссе, д. 21а; [email protected].

13. Bataev D.K-S., Salamanova M.Sh., Mur-tazaev S.-A.Yu., Viskhanov S.S. Utilization of cement Kiln dust in production of alkali-activated clinker-free binders // Proceedings of the International Symposium "Engineering and Earth Sciences: Applied and Fundamental Research" dedicated to the 85th anniversary of H.I. Ibragimov (ISEES 2019). 2019. DOI: 10.2991/is-ees-19.2019.89

14. Рахимова Н.Р., Рахимов Р.З. Механизм отверждения боратных солевых растворов шлако-щелочными вяжущими // Цемент и его применение. 2016. № 3. С. 96-99.

15. Dombrowski K., BuchwaldA., WeilM. The influence of calcium content on the structure and thermal performance of fly ash based geopolymers // Journal of Materials Science. 2007. Vol. 42. Issue 9. Рр. 30333043. DOI: 10.1007/s10853-006-0532-7

16. Pawlasova S., Skvara F. High-temperature properties of geopolymer materials // Akali Activated Materials. 2008. Рр. 523-525.

17. Khater H.M. Effect of firing temperatures on alkali activated Geopolymer mortar doped with MWCNT // Advances in Nano Research. 2015. Vol. 3. Issue 4. Рр. 225-242. DOI: 10.12989/anr.2015.3.4.225

18. Khater H.M., El Nagar A.M., Ezzat M. Optimization of Alkali activated grog/ceramic wastes geopolymer bricks // International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology. 2016. Vol. 5. Issue 1. Рр. 37-46. DOI: 10.15680/ IJIRSET.2015.0501005

19. Nagajothi S., Elavenil S. Strength assessment of geopolymer concrete using M-sand // International Journal of Chemical Sciences. 2016. Рр. 115-126.

20. Amer I., Kohail M., El-Feky M.S., Rashad A., KhalafM.A. A review on alkali-activated slag concrete // Ain Shams Engineering Journal. 2021. Vol. 12. Issue 2. Pp. 1475-1499. DOI: 10.1016/j.asej.2020.12.003

Вклад авторов:

Саламанова М.Ш. — научное руководство, концепция исследования, итоговые выводы. Муртазаев С.-А.Ю. — научное редактирование. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

REFERENCES

1. Lopez F.J., Sugita S., Tagaya M., Kobayashi T. Metakaolin-based geopolymers for targeted adsorbents to heavy metal ion separation. Journal of Materials Science and Chemical Engineering. 2014; 02(07):16-27. DOI: 10.4236/msce.2014.27002

2. Salamanova M.Sh., Murtazaev S.-A.Yu., Na-khaev M.R. Possible alternative solutions to problems in the cement industry. Construction Materials. 2020; 1-2:73-77. DOI: 10.31659/0585-430X-2020-778-1-2-73-77 (rus.).

3. Chen L., Wang Z., Wang Y., Feng J. Preparation and properties of alkali activated metakaolin-based geopolymer. Materials. 2016; 9(9):767. DOI: 10.3390/ ma9090767

4. Zhang Z., Provis J.L., Zou J., Reid A., Wang H. Toward an indexing approach to evaluate fly ashes for geopolymer manufacture. Cement and Concrete Research. 2016; 85:163-173. DOI: 10.1016/j.cem-conres.2016.04.007

5. Rakhimova N.R. State and promising directions of development of research and production of composite slag-alkaline binders, mortars and concretes. Construction Materials. 2008; 9:77-80. (rus.).

6. Hardjito D., Wallah S., Sumajouw D., Rangan B. On the development of fly ash-based geopolymer concrete. ACJMaterials Journal. 2004; 101:467-472.

7. Davidovitz J. Geopolymer. Chemistry and applications. Saint-Quentin, Institute Geopolymer, 2008; 592.

8. Nuruddin M.F., Demie S., Ahmed M.F., Sha-fiq N. Effect of Superplasticizer and NaOH molarity on workability, compressive strength and microstructure properties of self-compacting geopolymer concrete. World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Geological and Environmental Engineering. 2011; 5(3):187-194. DOI: 10.5281/ zenodo.1062742

9. Alex T.C., Kalinkin A.M., Nath S.K., Gurev-ich B.I., Kalinkina E.V., Tyukavkina V.V., Kumar S. Utilization of zinc slag through geopolymeriza-tion: influence of milling atmosphere. International Journal of Mineral Processing. 2013; 216:102-107. DOI: 10.1016/j.minpro.2013.06.001

10. Villa C., Pecina E.T., Torres R., Gomez L. Geopolymer synthesis using alkaline activation of natural zeolite. Construction and Building Materials. 2010; 24(11):2084-2090. DOI: 10.1016/j.conbuild-mat.2010.04.052

11. Rakhimova N.R., Rakhimov R.Z. Composite slag-alkali binders with mineral additives of various types of activity. Bulletin of the Volga Regional Branch of the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences. 2013; 16:204-216. (rus.).

12. Salamanova M.Sh., Mintsaev M.Sh., Murtazaev S.-A.Yu., Bisultanov R.G., Salamanova M.Sh. Finegrained concretes with clinker-free binders on an alkali gauging. Proceedings of the International Symposium "Engineering and Earth Sciences: Applied and Fundamental Research" dedicated to the 85th anniversary of H.I. Ibragimov (ISEES 2019). 2019. DOI: 10.2991/ isees-19.2019.98

13. Bataev D.K-S., Salamanova M.Sh., Murtazaev S.-A.Yu., Viskhanov S.S. Utilization of cement kiln dust in production of alkali-activated clinker-free binders. Proceedings of the International Symposium "Engineering and Earth Sciences: Applied and Fundamental Research" dedicated to the 85th anniversary of H.I. Ibragimov (ISEES 2019). 2019. DOI: 10.2991/ isees-19.2019.89

14. Rakhimova N.R., Rakhimov R.Z. Mechanism of solidification of borate salt solutions with slag-alkaline binders. Journal Cement and its Applications. 2016; 3:96-99. (rus.).

15. Dombrowski K., Buchwald A., Weil M. The influence of calcium content on the structure and thermal performance of fly ash based geopolymers. Journal of Materials Science. 2007; 42(9):3033-3043. DOI: 10.1007/s10853-006-0532-7

16. Pawlasova S., Skvara F. High-temperature properties of geopolymer materials. Аkali Activated Materials. 2008; 523-525.

17. Khater H.M. Effect of firing temperatures on alkali activated Geopolymer mortar doped with MWCNT. Advances in Nano Research. 2015; 3(4):225-242. DOI: 10.12989/anr.2015.3.4.225

18. Khater H.M., El Nagar A.M., Ezzat M. Optimization of alkali activated grog/ceramic wastes geopolymer bricks. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology. 2016; 5(1):37-46. DOI: 10.15680/IJIRSET.2015.0501005

19. Nagajothi S., Elavenil S. Strength assessment of geopolymer concrete using M-sand. International Journal of Chemical Sciences. 2016; 115-126.

20. Amer I., Kohail M., El-Feky M.S., Rashad A., Khalaf M.A. A review on alkali-activated slag concrete. Ain Shams Engineering Journal. 2021; 12(2):1475-1499. DOI: 10.1016/j.asej.2020.12.003

< П

iH

k к

G Г

0 CO § CO

1 О

У 1

J to

^ I

n °

О 3 o

zs (

О i

о §

E w

§ 2

n 0

О 6

r 6

t (

Cc §

О )

Г!

® oo

OS В ■ T

(Л У

с о Г к WW

2 2

О О

2 2

W W

Received October 10, 2022.

Adopted in revised form on January 28, 2023.

Approved for publication on March 9, 2023.

B ionotes : Madina Sh. Salamanova — Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Director of the Scientific and Technical Center for Collective Use "Modern Building Materials and Technologies"; Grozny State Oil Technical University named after Academician M.D. Millionshchikov (GSOTU named after academician M.D. Millionshchikov); 100 Hussein Isaev Avenue, Grozny, 364051, Russian Federation; Kh.I. Ibragimov Complex Research Institute of the Russian Academy of Sciences; 21a Staropromyslovskoe highway, Grozny, 364051, Russian Federation; SPIN-code: 614-9180, Scopus: 57192895779, ResearcherlD: ABF-7578-2020, ORCID: 0000-0002-12937090; [email protected];

Said-Alvi Yu. Murtazaev — Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department "Technology of Construction Production"; Grozny State Oil Technical University named after Academician M.D. Millionshchikov (GSOTU named after academician M.D. Millionshchikov); 100 Hussein Isaev Avenue, Grozny, 364051, Russian Federation; Kh.I. Ibragimov Complex Research Institute of the Russian Academy of Sciences; 21a Staropromyslovskoe highway, Grozny, 364051, Russian Federation; [email protected].

Contribution of the authors:

Madina Sh. Salamanova — scientific guidance, research concept, final conclusions. Said-Alvi Yu. Murtazaev — scientific editing. The authors declare no conflict of interest.

W (0 N N

o o

N N

pi CO

* <D

U 3 > in

E M

HQ 00 . r

« gi j

<D <1J

O g —■ "t^ o

o £2

3 «

z ■ i w « OT E

E O

CL° c

Ln O

s H

o E

CD ^

CO CO

■s

O (0 №