CC BY
87
СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ.ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ. НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ
УДК 666.97 Б01: 10.22227/2305-5502.2021.2.2
Геополимерный бетон с использованием многотоннажных
техногенных отходов
Танг Ван Лам1, Нго Суан Хунг2, Ву Ким Зиен2, Б.И. Булгаков2, С.И. Баженова2,
О.В. Александрова2
1 Ханойский горно-геологический университет; г. Ханой, Вьетнам; 2 Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет
(НИУМГСУ); г. Москва, Россия
АННОТАЦИЯ
Введение. В настоящее время в качестве вяжущего вещества для получения бетонов применяется портландцемент, мировое производство которого формирует порядка 10 % общего выброса углекислого газа в атмосферу. Перспективна частичная или полная замена портландцемента новыми бесцементными вяжущими веществами, для получения которых могут быть использованы многотоннажные техногенные отходы, обладающие цементирующим действием, например, тонкоизмельченный доменный шлак (ДШ), зола уноса (ЗУ) ТЭС и зола, образующаяся при сжигании рисовой шелухи (ЗРШ). В качестве активатора схватывания и твердения таких вяжущих выступают водные щелочные растворы (ЫаОН и 1\1а2ЗЮ3 или КОН и К2ЗЮ3), а для регулировки сроков схватывания — двуводный гипс. Бетон, получаемый на основе новых бесцементных вяжущих, называется геополимерный бетон. Материалы и методы. С целью снижения расхода воды затворения при сохранении требуемой удобоукладываемо-сти мелкозернистой бетонной смеси в ее состав вводился поликарбоксилатный суперпластификатор. Все сырьевые компоненты за исключением суперпластификатора местного для Вьетнама происхождения. Применялись следующие методы исследований: состав геополимерной бетонной смеси рассчитывали по методу абсолютных объемов, удо-боукладываемость бетонной смеси определяли по ДБТМ С1611-18 и ТСУЫ 3106:2007, прочность бетонов на сжатие и растяжение при изгибе — по ГОСТ 10180-2012, среднюю плотность бетона — по ГОСТ 12730.1-78. Результаты. Разработан состав геополимерного бетона на щелочном бесцементном вяжущем, обладающий в результате тепловой обработки в течение шести часов при температуре 100 °С в возрасте 28 суток прочностью на сжатие порядка 60 МПа, который можно использовать в условиях жаркого и влажного климата Вьетнама. Выводы. Разработанный бесцементный бетон также обладает высокой водонепроницаемостью и низким водопо-глощением. Такой бетон экономичен, и его производство будет способствовать охране окружающей среды за счет экономии природных ресурсов и возможности использования многотоннажных техногенных отходов.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: геополимерный бетон, бесцементное щелочное вяжущее, многотоннажные техногенные отходы, активные минеральные добавки, активирующий щелочной раствор, поликарбоксилатный суперпластификатор
Благодарности. Публикуется при поддержке гранта научно-технической программы Министерства Вьетнама, реализуемой с 2021 года в соответствии с № 3813/О0-БОйВТ от 20.11.2020, № Б2021-МРД-11 «Исследования по производству высокопрочного бетона с использованием нецементных вяжущих, используемых при строительстве зданий, подверженных воздействию коррозии морской водой».
ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Танг Ван Лам, Нго Суан Хунг, Ву Ким Зиен, Булгаков Б.И., Баженова С.И., Александрова О.В. Геополимерный бетон с использованием многотоннажных техногенных отходов // Строительство: наука и образование. 2021. Т. 11. Вып. 2. Ст. 2. 1^1.: http://nso-journal.ru РО!: 10.22227/2305-5502.2021.2.2
Geopolymer concrete made using large-tonnage technogenic waste g |
a n
_ is
1 2 2 2 ® : Tang Van Lam, Ngo Xuan Hung , Vu Kim Dien , Boris I. Bulgakov , ^
Sofya I. Bazhenova2, Olga V. Aleksandrova2 £
1 Hanoi University of Mining and Geology; Hanoi, Vietnam; 1
2 Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); s
Moscow, Russian Federation u
CD 2
ABSTRACT
Introduction. Currently, in all countries, Portland cement is used as a binder in the production of concrete, and its global production accounts for 10 % of the total carbon dioxide emitted into the atmosphere. Therefore, Portland cement can be
© Танг Ван Лам, Нго Суан Хунг, Ву Ким Зиен, Б.И. Булгаков, С.И. Баженова, О.В Александрова, 2021
17
partially or fully replaced by new cement-free binders, made of large-tonnage technogenic waste with a cementing effect, for example, by finely ground blast furnace slag, fly ash generated by thermal power plants and ash formed during the combustion of rice hulls. Aqueous alkaline solutions (NaOH and Na2SiO3 or KOH and K2SiO3) should be used as activators of setting and hardening of such binders, and calcium sulfate dihydrate can be used to adjust the setting time. Concrete containing new cement-free binders is called geopolymer concrete.
Materials and methods. In order to reduce mixing water consumption and maintain the required workability of the fine-grained concrete mixture, a polycarboxylate superplasticizer was introduced into its composition. All raw materials, except for the su-perplasticizer, were of the Vietnamese origin. The following research methods were used: the composition of the geopolymer concrete mixture was analyzed using the absolute volume method, the workability of the concrete mixture was determined according to ASTM C1611-18 и TCVN 3106:2007, compressive and tensile strength of the concrete, subjected to bending, were tested pursuant to GOST 10180-2012, and the average density of concrete was tested according to GOST 12730.1-78. Results. The co-authors have developed the composition of the geopolymer concrete containing the alkaline cement-free binder. As a result of the heat treatment of the 28-days-old concrete for 6 hours at 100 °C, its compressive strength reaches about 60 MPa; hence, it can be used in the hot and humid climate of Vietnam.
Conclusions. This cement-free concrete, in addition to its high strength, has good water resistance and low water absorption. This concrete has economic benefits, and its production will help to protect the environment due to the lower consumption of natural resources and the applicability of large-tonnage technogenic waste.
KEYWORDS: geopolymer concrete, cement-free alkaline binder, large-tonnage technogenic waste, active mineral additives, activating alkaline solution, polycarboxylate superplasticizer
Acknowledgements. This work is published with the grant support provided by the research and technological programme of the Ministry of Vietnam, implemented as of 2021 pursuant to No. 3813/QD-BGDBT 20.11.2020, No. B2021-MDA-11 "Research on production of high-strength concrete using cement-free binders in the course of construction of buildings exposed to marine corrosion".
FOR CITATION: Tang Van Lam, Ngo Xuan Hung, Vu Kim Dien, Bulgakov B.I., Bazhenova S.I., Aleksandrova O.V. Geopolymer concrete made using large-tonnage technogenic waste. Stroitel'stvo: nauka i obrazovanie [Construction: Science and Education]. 2021; 11(2):2. URL: http://nso-journal.ru DOI: 10.22227/2305-5502.2021.2.2 (rus.).
ем ежегодного выброса зол и шлаков до 23-25 млн т. Это отрицательно повлияет на окружающую среду и вызовет загрязнение воды. Хотя промышленные отходы (ЗУ, ДШ) и находят применение в производстве некоторых видов строительных материалов (например, обожженного кирпича, а также для выравнивания дорожного полотна), но их использование ограничено и составляет только около 5-10 млн т в год [6-8].
Во Вьетнаме действует значительное количество металлургических заводов — «Тхай Нгуен», «Ха Тинь», «Фу Ми», «Хоа Фат» и другие, в результате их работы ежегодно образуется большое количество доменных шлаков, загрязняющих окружающую среду. Поэтому использование таких шлаков для получения бетона будет способствовать повышению экономической эффективности производства и минимизирует загрязнение окружающей среды.
Мировое производство цемента составляет около 3 млрд т в год, в том числе во Вьетнаме — 99 млн т. Изготовление цемента — процесс не только дорогостоящий, но и энергоемкий, способствующий возникновению парникового эффекта из-за выброса углекислого газа. При соблюдении всех нормативных требований к вяжущему веществу в технологии производства бетона часть цемента можно заменить подходящим по составу специально переработанным шлаком. Так как доменные шлаки благодаря своему химико-минералогическому составу (соотношение между SiO2, Al2O3 и CaO) обладают реакционной способностью, то замена ими части клинкера позволит снизить стоимость композиционного вяжущего, уменьшить потребление электроэнергии и выделяемого тепла и CO2 [9-11].
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы предложен новый способ получения бетонной смеси, не содержащей цемента, который может быть заменен многотоннажными отходами в виде топливной золы уноса (ЗУ), доменных шлаков (ДШ) и др. При этом по прочности бесцементный бетон, получаемый в результате затвердевания такой смеси, будет сравним с традиционным бетоном на основе цемента. Необходимым компонентом производства такого бетона является специальный щелочной раствор, «плавящий» промышленные отходы и скрепляющий между собой компоненты смеси так же, как и цемент. Такой материал будет обладать более высокой огне- и коррозионной стойкостью. Использование бетона без цемента может улучшить состояние окружающей среды, в том числе и за счет снижения выбросов в атмосферу углекислого газа, до 10 % которого в мире образуется в результате производства портландцемента 55 [1-3].
£2 Проблема улучшения экологии путем рацио-
нального применения многотоннажных промышлен-53 ных отходов стоит весьма остро, поскольку на сегод-оо няшний день в Российской Федерации одни лишь ^ золошлаковые отходы предприятий энергетического комплекса, ежегодный объем которых превышает в 25 млн т, занимают площадь более 20 тыс. га [4, 5].
Во Вьетнаме, согласно отчету Министерства ЕЕ | промышленности и торговли, в настоящее время дей-е о ствует 21 угольная теплоэлектростанция, выбрасы-х в вающие почти 20 млн т золы и шлака в год, для чего
е в
™ х требуются свалки общей площадью более 800 га.
зс Ожидалось, что к 2020 г. будет функционировать еще
=е 12 угольных электростанций, что грозит увеличени-
Промышленные отходы, в том числе топливные, являются серьезной причиной возникновения проблем экологического характера, вызывающих загрязнение почвы, воды и воздуха окружающей среды во всех провинциях Вьетнама. При этом уровень повторного применения техногенных отходов весьма ограничен и составляет всего около 2-5 % [7, 8].
Тепловая электростанция в индустриальном парке «Вунг Анг», расположенная в центральной части Вьетнама, начала свою работу в 2012 г. Ежегодно она образует примерно 1 млн т различных зо-лошлаковых отходов, которые, помимо загрязнения воздуха, вызывают также серьезное загрязнение морской воды, приведшее в 2016 г. к массовой гибели рыбы и морских животных (рис. 1) [10].
Рис. 1. Загрязнение морской воды техногенными отходами в индустриальном парке «Вунг Анг» (Вьетнам)
Поэтому утилизация отходов сжигания твердого топлива — не столько вопрос экономии материальных ресурсов, сколько необходимость решения проблемы возрастающего загрязнения окружающей среды и, следовательно, здоровья людей.
Так как ЗУ, ДШ и ЗРШ обладают значительной химической активностью, они представляют больший интерес для переработки с целью их вторичного применения.
В странах, производящих рис, в среднем при получении 1 т зерна образуется более 1 т рисовой соломы и шелухи, поэтому существует серьезная проблема их утилизации. Рисовую солому используют в основном для сельскохозяйственных нужд (на корм животным идет до 70 %), а также в строительстве в качестве отделочных и кровельных материалов (до 5 %), остальную солому сжигают непосредственно на полях (до 15 %) или оставляют там, а также в местах обмолота риса для естественного разложения (до 10 %). На сегодняшний день основными направлениями утилизации рисовой соломы являются получение целлюлозы и ее производных продуктов [12, 13], а рисовой шелухи — получение кремнезема в кристаллической и аморфной формах [14], с последующим использованием аморфного кремнезема в технологии строительных материалов.
С 1994 г. во Вьетнаме, как и в других рисопроизво-дящих странах мира, проводятся различные исследования, направленные на применение рисовой соломы и золы рисовой шелухи (ЗРШ) в производстве строительных материалов [15]. Рассмотрев историю вопроса, можно сделать вывод, что большинство проведенных исследований было направлено на изучение влияния ЗРШ на свойства бетонов и строительных растворов, и почти нет исследований по геополимерному бетону.
Вьетнам расположен в районе внутренних тропиков северного полушария с характерным муссон-ным типом климата и сильной дифференциацией по сезонам и территории страны, вытянутой с севера на юг более чем на 3200 км вдоль морского побережья, на котором в последние годы наблюдается многократное увеличение числа гидротехнических сооружений [10].
Существенным дополнением к этому служат многочисленные гидротехнические объекты, составляющие систему водохранилищ и каналов по всей территории страны [16].
По результатам анализа, проведенного рядом научно-исследовательских учреждений Вьетнама, более 50 % узлов и конструкций морских и речных гидротехнических сооружений страны приобретают серьезные повреждения или полностью разрушаются после 5-20 лет эксплуатации [11, 13].
В процессе длительной эксплуатации под воздействием грунтовых вод снижаются прочность и долговечность железобетонных конструкций, в бетоне появляются трещины, постепенно истирается защитный слой, в результате чего обнажается и подвергается коррозии стальная арматура [17-19].
Авторы данной статьи изучили возможность использования многотоннажных техногенных отходов (ЗУ, ДШ и золы рисовой) в сочетании с активирующим щелочным раствором (№0Н и №28Ю3) для получения геополимерного бетона на бесцементном вяжущем, обладающего высокими эксплуатационными показателями. В результате экспериментальных исследований был получен бесцементный бетон, который после тепловой обработки при температуре 100 °С в течение 6 часов в возрасте 28 суток показал м прочность на сжатие 62 МПа. Также полученный » „ бетон обладает высокой водонепроницаемостью и низ- = ким водопоглощением, что по совокупности свойств » е позволяет использовать его для производства строи- Ц С тельных работ в условиях жаркого и влажного кли- |« мата Вьетнама. Кроме того, производство такого ^ бетона будет способствовать охране окружающей 1 среды за счет экономии природных ресурсов и воз- 1 можности применения многотоннажных техногенных отходов.
и и
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Материалы. В работе были использованы следующие сырьевые компоненты.
1. Активные минеральные добавки
Использованные активные минеральные добавки (МДО) включали топливную ЗУ, ДШ и ЗРШ. Для регулирования сроков схватывания бетонной смеси применялся природный двуводный гипс.
Зола уноса
Низкокальциевая ЗУ ТЭС «Вунг Анг» класса Б соответствовала требованиям ГОСТ 25818-20171, ее влажность составляла 1,15 %, истинная плотность р = 2,19 г/см3, насыпная плотность — 0,955 г/см3. Полученные результаты исследования свойств золы показаны в табл. 1.
Доменный шлак
Доменный шлак металлургического завода «Хоа Фат» (Вьетнам) с истинной плотностью р = 2,67 г/см3 и удельной поверхностью 3600 см2/г. Его химический состав приведен в табл. 2.
Зола рисовой шелухи
Зола рисовой шелухи с истинной плотностью 2,32 г/см3 и насыпной плотностью р = 0,572 г/см3. Результаты анализа химического состава ЗРШ представлены в табл. 3.
Природный гипс
Природный гипс (ПГ) производства фирмы «Динь Ву» (Вьетнам) с истинной плотностью 2,32 г/ см3, остатком на сите №2 008 после просеивания не больше 1 % и влажностью 2,5 %. Его химический состав приведен в табл. 4.
Основные физико-механические показатели использованных АМД соответствовали требованиям
ГОСТ Р 56196-20142, ТСУЧ 10302:20143 и Л8ТМ С 618-154.
С помощью метода лазерной гранулометрии на приборе БТ-93007 (КНР) был определен гранулометрический состав ЗУ ТЭС «Вунг Анг», ДШ, ЗРШ и ПГ (рис. 2).
2. Мелкий заполнитель
Мелкий заполнитель песок (П) р. Ло также является очень важной частью бетонной смеси, влияющей на ее свойства. В исследовании использован речной кварцевый песок I класса, соответствующий требованиям ГОСТ 8736-20145 и ТСУЧ 7570:20066. Физико-механические свойства песка представлены в табл. 5.
Гранулометрический состав использованного песка р. Ло показан на рис. 3.
3. Активирующий щелочной раствор
Активирующий щелочной раствор состоял
из водных растворов гидроксида и силиката натрия, плотностью соответственно 1,63±0,01 г/см3 и 1,42±0,01 г/см3, в соотношении Ча28Ю3/ЧаОН = 2,5 [20]; его процентный состав по массе: ЧаОН = 12 %; Ча28Ю3 = 30 % и вода = 58 %.
1 ГОСТ 25818-2017. Золы-уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия. М. : Изд-во «Стандарты», 2017. 23 с.
Табл. 1. Химический состав ЗУ
2 ГОСТ Р 56196-2014. Добавки активные минеральные для цементов. Общие технические условия. М. : Стандартин-форм, 2015. 9 с.
3 TCVN 10302:2014. Phu gia hoat tinh tro bay dung cho be tong, vua xay va xi mang. NXB Xay dung. Ha Noi. 2014. 9 p.
4 ASTMC618-15. Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete.
5 ГОСТ 8736-2014. Песок для строительных работ. Технические условия. М. : Изд-во «Стандарты», 2014. 7 с.
6 TCVN 7570:2006. Cot lieu cho be tong va vua — Yeu cau ky thuat. Hanoi, Vietnam, 2006. 11 p.
Средний химический состав, % масс.
SiO2 AlA fe2o3 SO3 Na2O K2O MgO CaO P2O5 Потери при прокаливании
52,33 30,65 7,61 0,29 0,18 0,15 0,61 1,78 0,34 6,06
Табл. 2. Химический состав ДШ
Средний химический состав, % масс.
SiO2 AlA FeA CaO SO3 Потери при прокаливании
36,38 15,76 0,55 40,12 1,25 5,94
П еч
V» 1Я
Табл. 3. Химический состав ЗРШ
Средний химический состав, % масс.
SiO2 AlA FeA SO3 K2O Na2O MgO CaO TiO2 P2O5 Потери при прокаливании
88,2 1,25 1,75 0,5 1,14 2,67 0,8 0,52 0,15 0,25 2,77
и п •а еа С ®
03 п
Табл. 4. Химический состав ПГ
Содержание оксидов, %
so3 CaO Н2О TeA А1А MgO Прочие
42,13 34,27 18,4 2,12 1,37 0,63 1,08
Рис. 2. Гранулометрический состав ЗУ ТЭС «Вунг Анг», ДШ, ЗРШ, ПГ
Табл. 5. Физико-механические свойства песка р. Ло
п/п Свойства Единица Результаты эксперимента
1 Модуль крупности — 2,56
2 Истинная плотность г/см3 2,65
3 Насыпная плотность г/см3 1,62
4 Пустотность % 39,1
5 Содержание пыли, глины и других примесей % 0,91
Рис. 3. Гранулометрический состав песка р. Ло
се ел
П еч
V» 1Я
4. Суперпластификатор
Для снижения водопотребности, при изготовлении геополимерного бетона (ГПБ) использовали по-ликарбоксилатный суперпластификатор SR 5000F (SR5000) производства фирмы Silk Road с плотностью 1,1 г/см3 при температуре 20±5 °С. Это — суперпластификатор типа G в соответствии с требованием ASTM C4947.
Методы. Методология работы включала:
• изучение размеров частиц сырьевых материалов, которое проводили с помощью метода лазерной гранулометрии на приборе BT-9300z (КНР);
• для определения предварительного состава геополимерной бетонной смеси применили метод абсолютных объемов;
• удобоукладываемость бетонной смеси определяли по ее расплыву в мм по ASTM C1611-188 и TCVN 3106:20079 с помощью усеченного миникону-са 70 х 80 х 40 мм;
• среднюю плотность бетонов определяли на образцах-кубах размером 100 х 100 х 100 мм согласно ГОСТ 12730.1-7810;
• прочность бетонов на сжатие устанавливали испытанием образцов-кубов размером 100 х 100 х 100 мм, а на растяжение при изгибе на образцах-призмах размером 100 х 100 х 400 мм в соответствии с требованиями ГОСТ 10180-201211;
• водонепроницаемость ГПБ находили по ГОСТ 12730.5-201812 по методу мокрого пятна;
• водопоглощение бетонов рассчитывали по ГОСТ 12730.3-7813.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
1. Состав геополимерного бесцементного бетона
Разрабатываемый ГПБ должен обладать:
• прочностью на сжатие порядка 60 МПа в возрасте 28 суток после тепловой обработки при температуре 100 °С в течение шести часов в соответствии с требованиями национального стандарта Вьетнама
и п •а ев С ®
03 п
ТСУЧ 10306:201414, согласно которому высокопрочный бетон к указанному возрасту твердения имеет прочность более 55 МПа;
• высокой водонепроницаемостью (не менее W10) и низким водопоглощением (не более 4 % по массе) по требованиям национального стандарта Вьетнама ТСУЧ 9139:201215.
Проектирование предварительного состава ГПБ приведено ниже.
Расчет состава геополимерной бетонной смеси производился по методу абсолютных объемов. Согласно этому методу, расход всех компонентов бетонной смеси должен быть таким, чтобы сумма их абсолютных объемов составляла 1000 л, т.е. 1 м3 [8, 11, 14]:
ЗУ ДШ ЗРШ ПГ NaOH
-+-+-+-+-+
Узу Удш у зрш Упг
Na2SiO3 П SR5000
+—2-3 +
У Na2SiO3
Уп YSR5000
У NaOH
+ ВВ = 1000, (1)
где ЗУ, ДШ, ЗРШ, ПГ, ЧаОН, Ча2БЮ3, П, SR5000 — соответственно расходы золы-уноса, доменного шлака, золы рисовой шелухи, природного гипса, раствора ЧаОН, раствора Ча28Ю3, песка и суперпластификатора SR 5000F, кг; Узу Yдш, Yзpш, Yпг, Тчаон YNa2Sl0з, ТП и YSR5000 — соответственно истинные плотности золы-уноса, доменного шлака, золы рисовой шелухи, природного гипса, раствора ЧаОН, раствора Ча28Ю3, песка и суперпластификатора SR 5000F, г/см3 (табл. 6); ВВ — объем вовлеченного воздуха, л.
Исходные соотношения сырьевых компонентов по массе в бетонной смеси, выбранные для проектирования состава ГПБ в результате проведенных исследований и анализа научно-технической литературы [10, 12, 21, 22], приведены в табл. 7.
Для исследования выбраны следующие АР
- = 0,25; 0,30; 0,35; 0,40; 0,45; 0,50;
соотношения -
7 ASTM C494. Standard Specification for Chemical Admixtures for Concrete. 2019. 21 p.
8 ASTM C1611-18. Standard Test Method for Slump Flow of Self-Consolidating Concrete. 2018. 20 p.
9 TCVN 3106:2007. Hôn hop bê tông nâng — Phuong phâp thù dô sut. NXB Xây dung. Hà Nôi. 2007. 10 p.
10 ГОСТ 12730.1-78. Бетоны. Методы определения плотности. М. : Изд-во «Стандарты», 2007. 5 с.
11 ГОСТ 10180-2012. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам. М. : Изд-во «Стандарты», 2013. 35 с.
12 ГОСТ 12730.5-2018. Бетоны. Методы определения водонепроницаемости. М. : Изд-во «Стандарты», 2018. 26 с.
13 ГОСТ 12730.3-78. Бетоны. Метод определения водопо-
глощения. М. : Изд-во «Стандарты», 2007. 6 с.
МДО 0,55; 0,60.
С помощью метода абсолютных объемов, а также последующей корректировки на основании полученных экспериментальных результатов, рассчитаны составы бетонных смесей для получения бесцементных ГПБ с прочностью на сжатие до 60 МПа после тепловой обработки при температуре 100 °С в течение шести часов. Составы изученных бетонных смесей показаны в табл. 8.
14 TCVN 10306:2014. Bê tông cuông dô cao - Thiét ké thành phân mâu hinh tru. Hanoi, 2014. 24 p.
15 TCVN 9139:2012. Công trinh thùy loi - Két cau bê tông, bê tông côt thép vùng ven biên - Yêu câu ky thuât. Hanoi, 2012.
15 p.
Табл. 6. Истинная плотность использованных сырьевых материалов
Сырьевые материалы ЗУ ДШ ЗРШ ПГ NaOH Na2SiO3 П SR5000
Истинная плотность, г/см3 2,35 2,92 2,25 2,31 1,63 1,42 2,65 1,15
Табл. 7. Соотношение сырьевых компонентов по массе в бетонной смеси
Отношения ЗУ ДШ ЗРШ ПГ АР П Na2SiO3 SR5000 ВВ
МДО" МДО МДО МДО МДО МДО NaOH МДО
Величина 0,45 0,3 0,2 0,05 от 0,25 до 0,6 1,3 2,5 0,005 3 %
Примечание: (*'МДО = ЗУ + ДШ + ЗРШ + ПГ.
Табл. 8. Составы геополимерных бетонных смесей
Составы АР МДО, кг Минеральные добавки Активирующий раствор П, кг SR5000, л
МДО ЗУ, кг ДШ, кг ЗРШ, кг ПГ, кг NaOH, кг Na2SiO3, кг
1 0,25 907 408 272 181 45 65 162 1179 4,5
2 0,30 879 396 264 176 44 75 188 1143 4,4
3 0,35 853 384 256 171 43 85 213 1109 4,3
4 0,40 828 373 249 166 41 95 237 1077 4,1
5 0,45 805 362 242 161 40 104 259 1047 4,0
6 0,50 783 352 235 157 39 112 280 1018 3,9
7 0,55 762 343 229 152 38 120 299 991 3,8
8 0,60 742 334 223 148 37 127 318 965 3,7
2. Экспериментальные результаты определения удобоукладываемости и средней плотности бетонных смесей и ГПБ
Удобоукладываемость бесцементных бетонных смесей для получения ГПБ оценивали по расплыву конуса (РК) в мм в соответствии с требованиями ASTM C1611-188 и TCVN 3106:200716. Испытания проводили с помощью усеченного миниконуса, изображенного на рис. 4, путем измерения диаметра расплыва в двух взаимно-перпендикулярных направлениях (рис. 5).
Экспериментальные результаты определения удобоукладываемости, средней плотности бетонных смесей и ГПБ представлены в табл. 9.
Из экспериментальных результатов определения подвижности бетонных смесей следует, что по этому показателю качества разработанные бетонные смеси удовлетворяют требованиям стандартов TCVN 8218:200917 (Строительство морских и прибрежных сооружений — Технические требования) и TCVN 9139:201218 (Бетонные конструкции для морских сооружений — Технические требования).
Рис. 4. Усеченный миниконус для определения расплыва бетонной смеси
16 TCVN 3106:2007. Hôn hop bê tông nâng — Phuong phap thù dô sut. Hanoi, 2010. 10 p.
17 TCVN 8218:2009. Bê tông thùy công — Yêu câu ky thuât. Hanoi, 2009. 12 p.
18 TCVN 9139:2012. Công trinh thùy loi — Két cau bê tông, bê tông côt thép vùng ven biên - Yêu câu ky thuât. Hanoi, 2012. 15 p.
Рис. 5. Определение удобоукладываемости геополимерных бетонных смесей по РК
м се
Табл. 9. Удобоукладываемость и средняя плотность геополимерных бетонных смесей и ГПБ, водонепроницаемость и водопоглощение разработанных бетонов
Составы АР Расплыв Средняя плотность бетонных смесей, кг/м3 Средняя плотность Водонепрони- Водопоглощение,
МДО конуса, мм ГПБ, кг/м3 цаемость, МПа % масс.
1 0,25 180 2318 2237 1,0 3,9
2 0,30 190 2291 2218 1,0 3,9
3 0,35 190 2265 2210 1,8 2.5
4 0,40 200 2241 2189 1,2 3,7
5 0,45 210 2218 2180 0,8 4,2
6 0,50 220 2196 2108 0,8 4,3
7 0,55 230 2176 2100 0,6 5,4
8 0,60 230 2157 2100 0,4 6,8
В ходе проведенных экспериментов установлено, что полученные бетонные смеси однородны и не проявляют тенденции к расслоению и водоот-делению.
Кроме того, из экспериментальных результатов испытаний ГПБ-образцов можно сделать вывод о повышении водонепроницаемости и снижении водопо-глощения разработанных ГПБ с ростом их плотности.
3. Прочность на сжатие и растяжение при изгибе ГПБ-образцов в разном возрасте твердения
Бетонные образцы в форме кубов размером 150 х 150 х 150 мм изготавливались в соответствии с ГОСТ 10180-2012 и ТСУЧ 3118:201219. Результаты установления прочности разработанных ГПБ на сжа-
19 ТСУЧ 9334:2012. Бё па^ — Рйио^ рйар хае <йпй сшо^ (1о пеп Ьа^ Ьй пау. Напо1, 2012. 09 р.
тие в разном возрасте твердения и на растяжение при изгибе в возрасте 28 суток, а также после их тепловой обработки при температуре 100 °С в течение шести часов приведены в табл. 10, 11 и на рис. 6, 7.
Из приведенных в табл. 10, 11 и на рис. 6, 7 экспериментальных результатов видно, что прочность образцов ГПБ-бетонов как на сжатие, так и на растяжение, при изгибе зависит от соотношения .
МДО
Причем, на фоне установленной общей тенденции снижения прочности с ростом указанного соотношения, наибольшие ее значения наблюдаются при величине этого соотношения, равной 0,35. Термообработка бетонных образцов привела к повышению 28-суточной прочности на сжатие на 63-89 %, а на растяжение при изгибе на 35-66 %.
Табл. 10. Прочность на сжатие и растяжение при изгибе ГПБ-образцов в разном возрасте нормального твердения
Составы АР Прочность на сжатие, МПа Прочность на растяжение
МДО 3 сут 7 сут 14 сут 28 сут 90 сут при изгибе, МПа
1 0,25 20,4 25,2 30,1 34,4 38,7 3,65
2 0,30 24,3 32,6 34,3 36,6 40,6 3,45
3 0,35 25,7 33,4 36,2 37,8 43,3 3,72
4 0,40 23,6 28,2 33,4 35,4 38,9 3,44
5 0,45 18,2 21,3 27,7 28,7 31,2 2,78
6 0,50 14,4 19,8 23,4 25,6 28,3 2,54
7 0,55 12,1 15,7 18,6 20,1 23,1 2,12
8 0,60 12,3 14,2 17,9 19,2 22,7 2,20
Табл. 11. Прочность на сжатие и растяжение при изгибе ГПБ-образцов в разном возрасте после тепловой обработки
при температуре 100 °С в течение шести часов
Составы АР Прочность на сжатие, МПа Прочность на растяжение
МДО 3 сут 7 сут 14 сут 28 сут 90 сут при изгибе, МПа
1 0,25 31,4 44,2 54,1 58,3 62,5 4,95
2 0,30 35,5 48,4 56,1 60,1 65,7 5,75
3 0,35 36,8 50,9 57,2 62,4 66,1 6,10
4 0,40 34,4 42,1 52,7 58,2 60,6 5,45
5 0,45 27,1 32,3 43,1 47,1 51,7 4,43
6 0,50 21,3 30,1 37,6 41,3 45,9 3,87
7 0,55 18,7 22,4 29,9 33,1 37,4 3,10
8 0,60 17,8 21,4 28,8 32,2 36,8 2,98
П еч
V» 1Я
и п •а еа С а
03 п
Рис. 6. Зависимость прочности на сжатие ГПБ-образцов от их состава и возраста в разном возрасте нормального твердения
Рис. 7. Зависимость прочности на сжатие ГПБ-образцов от их состава и возраста после тепловой обработки при температуре 100 °С в течение шести часов
се ел
ев
N9 3
Прочность разработанных бетонов на сжатие в возрасте трех суток твердения составила от 51 до 66 % от их 28-суточной прочности, а к седьмым суткам твердения — от 65 до 82% указанной прочности, что свидетельствует о высоком темпе набора прочности в раннем возрасте. Полученные результаты можно объяснить активирующим действием щелочного раствора ЧаОН + Ча28Ю3, который вступает во взаимодействие с алюминатными и силикатными составляющими использованных активных минеральных добавок с образованием быстро схватывающейся гелевой полимерной системы, обладающей вяжущими свойствами [20, 21].
ВЫВОДЫ
На основании результатов проведенных исследований можно сделать следующие выводы.
Используя местные для Вьетнама сырьевые материалы, включая многотоннажные техногенные отходы в виде топливной ЗУ, ДШ и ЗРШ, что будет
способствовать защите окружающей среды, можно получить ГПБ на бесцементном вяжущем, который без термообработки достигает к 28 суткам твердения прочности на сжатие 38 МПа и на растяжение при изгибе 3,72 МПа. Тепловая обработка при 100 °С в течение шести часов приводит к увеличению указанных прочностных показателей соответственно до 62 и 6,1 МПа.
Высокий темп набора прочности на сжатие в раннем возрасте делает ГПБ перспективным строительным материалом. Кроме того, производство такого бетона будет способствовать охране окружающей среды за счет экономии природных ресурсов и возможности применения многотоннажных техногенных отходов.
Необходимо продолжить исследования физико-механических свойств и эксплуатационных показателей разработанных ГПБ с целью определения наиболее рациональных областей их применения для строительных работ в условиях жаркого и влажного климата Вьетнама.
ЛИТЕРАТУРА
1. Sathawane S.H., Vairagade V.S., Kene K.S. Combine effect of rice husk ash and fly ash on concrete by 30 % cement replacement // Procedia Engineering. 2013. Vol. 51. Pp. 35-44. DOI: 10.1016/j.proeng.2013. 01.009
2. Abdel-GhaniN.T., El-SayedH.A., El-Habak A.A. Utilization of by-pass cement kiln dust and air-cooled blast-furnace steel slag in the production of some ''green" cement products // HBRC Journal. 2018. Vol. 14. Issue 3. Pp. 408-414. DOI: 10.1016/j.hbrcj.2017.11.001
3. Lei Y., Zhang Q., Nielsen C., He K. An inventory of primary air pollutants and CO2 emissions from cement production in China, 1990-2020 // Atmospheric Environment. 2011. Vol. 45. Issue 1. Pp. 147-154. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2010.09.034
4. Каргин А.А., Маликов И.М. Геополимерный
бетон // Россия молодая : сб. мат. XI Всеросс. науч.-
tt практ. конф. с междунар. участием. 2019. С. 60613. СО
— 5. Гончарова М..А., Матченко Н..А. Разработка
составов геополимерного бетона для конструкционно ного материала // Научные исследования: от теории £ к практике. 2015. Т. 2. № 4 (5). С. 15-18.
6. Pham Chi ^ong. The use of waste from the metallurgical industry in Vietnam // Journal of Science * of Vietnam. 2012. Vol. 6. Issue 10. Pp. 52-54. S | 7. Танг Ван Лам, Нго СуанХунг, Булгаков Б.И.,
2 g Александрова О.В., Ларсен О.А., Орехова А.Ю. и др. Ц g Использование золошлаковых отходов в качестве || в дополнительного цементирующего материала //
сэ *
зс Вестник Белгородского государственного техно-se логического университета им. В.Г. Шухова. 2018.
№ 8. C. 19-27. DOI: 10.12737/article_5b6d5845 5b5832.12667511
8. Танг Ван Лам, Булгаков Б.И., Александрова О.В., Ларсен О.А. Возможность использования зольных остатков для производства материалов строительного назначения во Вьетнаме // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В .Г. Шухова. 2017. № 6. C. 6-12. DOI: 10.12737/article_5926a059214ca0.89600468
9. Горбунов Г.И., Расулов О.Р. Использование рисовой соломы в производстве керамического кирпича // Вестник МГСУ 2014. № 11. С. 128-136.
10. Lam Van Tang, Hung Xuan Ngo, Dien Vu Kim, Bulgakov B.I., Aleksandrova O.V. Effect of complex organo-mineral modifier on the properties of corrosion-resistant concrete // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 251. P. 01005. DOI: 10.1051/matecconf/ 201825101005
11. Si -Huy Ngo, Trong-Phuoc Huynh, Thanh-Tam Thi Le, Ngoc-Hang Thi Mai. Effect of high loss on ignition-fly ash on properties of concrete fully immersed in sulfate solution // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 371. P. 012007. DOI: 10.1088/1757-899X/371/1/012007
12. Tang Van Lam, Bulgakov B., Bazhenov Y., Aleksandrova O., Pham Ngoc Anh. Effect of rice husk ash on hydrotechnical concrete behavior // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 365. P. 032007. DOI: 10.1088/1757-899X/ 365/3/032007
13. Ngo Van Toan. Research on the production of high-strength concrete using fine sand and mineral
additives mixed with activated blast-furnace slag and rice husk ash // Magazine Building Materials -Environment. 2012. No. 4. Pp. 36-45.
14. Viet-Thien-An Van, Rofiler C., Danh-Dai Bui, Ludwig H. -M. Rice husk ash as both pozzolanic admixture and internal curing agent in ultra-high performance concrete // Cement and Concrete Composites. 2014. Vol. 53. Pp. 270-278. DOI: 10.1016/j.cemconcomp. 2014.07.015
15. Saad S.A., Nuruddin M.F., Shafiq N., Ali M. Pozzolanic reaction mechanism of rice husk ash in concrete - a review // Applied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 773-774. Pp. 1143-1147. DOI: 10.4028/ www.scientific.net/AMM.773-774.1143
16. АнуфриеваЕ.В. Коррозионностойкий бетон для гидротехнического строительства // Градостроительные аспекты устойчивого развития крупных городов. 2009. № 93. С. 537-541.
17. Танг Ван Лам, Нго СуанХунг, Ву Ким Зиен, Нгуен Чонг Чык, Булгаков Б.И., Баженова О.Ю. и др. Влияние водовяжущего отношения и комплексной органоминеральной добавки на свойства бетона для морских гидротехнических сооружений // Промышленное и гражданское строительство. 2019. № 3. C. 11-21. DOI: 10.33622/0869-7019.2019.03.11-21
18. Santhanam M., Cohen M.D., Olek J. Differentiating seawater and groundwater sulfate attack in Portland cement mortars // Cement and Concrete Research. 2006. Vol. 36. Issue 12. Pp. 2132-2137. DOI: 10.1016/j. cemconres.2006.09.011
19. Chindaprasirt P., Kanchanda P., Sathon-saowaphak A., Cao H.T. Sulfate resistance of blended cements containing fly ash and rice husk ash // Construction and Building Materials. 2007. Vol. 21. Issue 6. Pp. 1356-1361. DOI: 10.1016/j.conbuildmat. 2005.10.005
20. Thomas R.J., Peethamparan S. Alkali-activated concrete: Engineering properties and stress-strain behavior // Construction and Building Materials. 2015. Vol. 93. Pp. 49-56. DOI: 10.1016/j.conbuildmat. 2015.04.039
21. Liu Y., Zhu W., Yang E.H. Alkali-activated ground granulated blast-furnace slag incorporating incinerator fly ash as a potential binder // Construction and Building Materials. 2016. Vol. 112. Pp. 1005-1012. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.02.153
22. Фаликман В.Р., Охотникова К.Ю. Геополимерные вяжущие и бетоны в современном строительстве // Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 4-1 (35). С. 93-97.
Поступила в редакцию 9 марта 2021 г. Принята в доработанном виде 24 мая 2021 г. Одобрена для публикации 25 мая 2021 г.
Об авторах : Танг Ван Лам — кандидат технических наук, преподаватель факультета гражданского строительства; Ханойский горно-геологический университет; Вьетнам, г. Ханой, Бак Ту Лием, 18 Фo Виен, Дык Тханг; SPIN-код: 3214-6263, Scopus: 57201185702, ResearcherID: G-2948-2018, ORCID: 0000-0002-4857-835X; lamvantang@gmail.com;
Нго Суан Хунг — аспирант кафедры технологии вяжущих веществ и бетонов; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; xuanhung1610@mgsu.ru;
Ву Ким Зиен — аспирант кафедры технологии вяжущих веществ и бетонов; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; SPIN-код: 3744-3059, Scopus: 57205216458, ResearcherID: AAQ-3813-2020, ORCID: 00000002-3367-9043; kimdienxdtb@mgsu.ru;
Борис Игоревич Булгаков — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии вяжущих а
веществ и бетонов; Национальный исследовательский Московский государственный строительный уни- ^
верситет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; SPIN-код: 5583-1897, Scopus: 57192383523, б f
ResearcherID: H-l884-2018, ORCID: 0000-0002-4737-8524; BulgakovBI@mgsu.ru; g g
f л
Софья Ильдаровна Баженова — кандидат технических наук, доцент кафедры технологии вяжущих ве- g С
н в
ществ и бетонов; Национальный исследовательский Московский государственный строительный универ- g S
ситет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; SPIN-код: 3439-4221, Scopus: 57194452989, V
ResearcherID: S-2766-2018, ORCID: 0000-0002-6111-20IX; BazhenovaSI@mgsu.ru; ®
Ольга Владимировна Александрова — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии .
вяжущих веществ и бетонов; Национальный исследовательский Московский государственный строитель- S
ный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; SPIN-код: 790072, Scopus: U
57194450051, 57192372475, ORCID: 0000-0003-1791-8515; AleksandrovaOV@mgsu.ru.
INTRODUCTION
In recent years, a new concrete mixture production method was proposed. This concrete mixture does not contain any cement, since it can be replaced with large-tonnage waste, including pulverized fuel ash (FA), blast furnace slag (BFS), etc. At the same time, in terms of strength, cement-free concrete, obtained as a result of curing this mixture, will be comparable with traditional concretes that contains cement. A special alkaline solution, that "melts" industrial waste and binds the mixture components in the same way as cement, is a necessary component used to make this concrete. This material will have higher fire and corrosion resistance. The use of cement-free concrete can improve the environment, due to lower carbon dioxide emissions into the atmosphere, up to 10 % of which are formed as a result of the Portland cement production [1-3].
The problem of environmental improvement through the rational use of large-tonnage industrial waste is severe, since the ash and slag waste, generated by energy generating enterprises each year, exceeds 25 million tons and occupies the area of more than 20 thousand hectares in the Russian Federation [4, 5].
According to the report, issued by the Ministry of Industry and Trade of Vietnam, this country has 21 coal-fired thermal power plants, emitting almost 20 million tons of ash and slag per year, which need landfills with the total area of more than 800 hectares. It was expected that by 2020 12 more coal-fired power plants would operate, hence, annual ash and slag emissions will go up to 23-25 million tons. This move will negatively affect the environment and cause water pollution. Although industrial waste (FA, BFS) is used in the production of some types of building materials (for example, fired bricks production, roadway leveling), their use is limited and it reaches about 5-10 million tons per year [6-8].
A significant number of metallurgical plants operate in Vietnam. They are Thai Nguyen, Ha Tinh, Phu Mi, Hoa Phat and others. As a result of their work, a large amount ofblast furnace slag that pollutes the environment is formed annually. Therefore, the use of such slag in ^ the concrete production will increase its economic efficiency and minimize environmental pollution.
The world production of cement is about 3 billion tons per year, 99 million tons are produced in Vietnam. jg Cement production is not only an expensive process, it ¿2 is energy intensive and it contributes to the greenhouse effect due to the emission of carbon dioxide. If all regulatory requirements applicable to the concrete binder Sb are met in the course of production, some portion of the cement can be replaced with processed slag having ='ji a suitable composition. Since blast furnace slags are i=2 reactive due to their chemical and mineralogical J H composition (the ratio of SiO2 , Al2 O3 and CaO), their g ability to replace some of the clinker will reduce the cost S of the composite binder, reduce the consumption 09 of electricity, heat and CO2 emissions [9-11].
Industrial waste, including waste fuel, is a significant cause of environmental problems and the pollution of soil, water and air in all the provinces of Vietnam. At the same time, the reusability of technogenic waste is very limited, and it reaches about 2-5 % [7, 8].
A thermal power plant, located in Vung Ang industrial park in the central part of Vietnam, started working in 2012. It generates about 1 million tons ofvarious ash and slag waste a year, and in addition to air pollution, this waste pollutes sea water. This pollution caused mass death of fish and marine animals in 2016 (Fig. 1) [10].
Fig. 1. Pollution of sea water by the technogenic waste in Vung Ang industrial park (Vietnam)
Therefore, the reclamation of waste generated as a result of combustion of solid fuels is not so much a matter of saving material resources as the need to solve the problem of growing environmental pollution which has an adverse impact on human health.
Since FA, BFS and RHA are chemically active, they can be recycled and reused.
In rice-producing countries, over 1 ton of rice straw and husk is produced per 1 ton of grain, so there is a serious problem of their disposal. Rice straw is mainly used in agriculture (up to 70 % is used as animal feed), and in construction as finishing and roofing materials (up to 5 %), the rest is burned directly in the fields (up to 15 %) or left there, as well as in places where rice is threshed for natural decomposition (up to 10 %). Today, rice straw is mainly used in the production of cellulose and its derivatives [12, 13], and rice husk is used in the production of crystalline and amorphous silica [14], and the latter is used to make building materials. Since 1994, in Vietnam and in other rice-producing countries of the world, various studies have been carried out to explore the use of rice straw and rice husk ash (RHA) in the production of building materials [15]. Having reviewed the history of these studies, we can conclude that the majority of the researches was aimed at studying the effect of RHA on the properties of concrete and mortar, and very few of them were focused on geopolymer concrete.
Vietnam is located in the tropical region of the northern hemisphere; it has monsoon type of climate and its seasons and regions feature different weather conditions, since its territory is stretched from north to
south along the sea coast and this distance reaches 3,200 km. In recent years there has been a manifold increase in the number of hydrotechnical structures there [10].
Besides, numerous hydrotechnical facilities make up the system of reservoirs and canals all over the country [16].
According to the analysis carried out by a number of research institutions in Vietnam, more than 50 % of constructions of sea and river hydraulic structures in the country become seriously damaged or completely destroyed after 5-20 years of operation [11, 13].
In the course of the long-term operation, the strength and durability of reinforced concrete structures decrease under the influence of the groundwater, cracks appear in the concrete, the protective layer gradually wears out, and the steel reinforcement is corroded [17-19].
The co-authors of this article studied the potential use of large-tonnage technogenic waste (FA, BFS and rice ash) coupled with an activating alkaline solution (NaOH and Na2SiO3) to obtain geopolymer concrete that has a high-performance cement-free binder. As a result of experimental studies, cement-free concrete was obtained, which showed a compressive strength of 62 MPa in the aftermath of its six-hour heat treatment at the temperature of 100 °C at the age of 28 days. Also, the resulting concrete has high water resistance and low water absorption, which, in terms of its combination of properties, makes it usable for construction purposes in the hot and humid climate of Vietnam. In addition, the production of this concrete will contribute to environmental protection; it will save natural resources and ensure the cyclability of large-tonnage technogenic waste.
MATERIALS AND METHODS
Materials. The following raw materials were used in the work.
1. Active mineral additives
Active mineral additives (AMA), used in the project, included fuel FA, BFS and RHA. Natural dihydrate gypsum was applied to regulate the setting time of the concrete mixture.
Fly ash
Class F low-calcium fly ash generated by Vung Ang thermal power plant met the requirements of GOST 25818-20171; its moisture content was 1.15 %, true density p = 2.19 g/cm3, bulk density — 0.955 g/cm3. The results of the study of ash properties are shown in Table 1.
Blast furnace slag
The chemical composition of the blast furnace slag, having true density p = 2.67 g/cm3 and the unit surface area of3,600 cm2/g, is produced by Hoa Fat metallurgical plant (Vietnam). Its chemical composition is shown in Table 2.
Rice husk ash
Rice husk ash with a true density of 2.32 g/cm3 and bulk density p = 0.572 g/cm3. The results of the analysis of the chemical composition of the RHA are presented in Table 3.
1 GOST 25818-2017. Fly ash from thermal power plants used
for concretes. Technical specifications. Moscow, Standarty
Publ., 2017; 23.
Table 1. The chemical composition of fly ash
Average chemical composition, mass. %
SiO2 AI2O3 fe2o3 SO3 Na2O K2O MgO CaO P2O5 Ignition loss
52.33 30.65 7.61 0.29 0.18 0.15 0.61 1.78 0.34 6.06
Table 2. Chemical composition of BFS
Average chemical composition, mass. %
SiO2 AI2O3 fe2o3 CaO SO3 Ignition loss
36.38 15.76 0.55 40.12 1.25 5.94
Table 3. Chemical composition of RHA
Average chemical composition, mass. %
SiO2 AI2O3 fe2o3 SO3 K2O Na2O MgO CaO TiO2 P2O5 Ignition loss
88.2 1.25 1.75 0.5 1.14 2.67 0.8 0.52 0.15 0.25 2.77
Table 4. Chemical composition of NG
tfi c/>
Content of oxides, %
so3 CaO h2o fe2o3 A1A MgO Other
42.13 34.27 18.4 2.12 1.37 0.63 1.08
S3
CN
CO CO
Natural gypsum
Natural gypsum (NG) produced by Dinh Wu (Vietnam) with a true density of 2.32 g/sm3, postsieving residue (sieve No. 008) is not more than 1 %, and the moisture content of 2.5 %. Its chemical composition is provided in Table 4.
Principal physical and mechanical properties of the AMA used in the project met the requirements of GOST R 56196-20142, TCVN 10302:20143 and ASTM C 618-154.
2 GOST R 56196-2014. Active mineral additives for cements. General technical specifications. Moscow, Standartinform Publ., 2015; 9.
3 TCVN 10302:2014. Phu gia hoat tinh tro bay dung cho be tong, vua xay va xi mang. NXB Xay dung. Ha Noi, 2014; 9.
4 ASTM C618-15. Standard Specification for Coal Fly Ash and
Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete.
The granulometric composition of FA from TPP Vung Ang, BFS, RHA and NG was determined using unit BT-9300z and the method of laser granulometry (China) (Fig. 2).
2. Fine aggregate
Sand (S), coming from the Lo river, serves as a fine aggregate which is also a very important component of the concrete mixture, affecting its properties. The coauthors used class I river quartz sand, which meets the requirements of GOST 8736-20145 and TCVN 7570:20066. The physical and mechanical properties of sand are presented in Table 5.
Granulometric composition of the sand is shown in Fig. 3.
5 GOST 8736-2014. Sand for construction work. Technical conditions. Moscow, Standards Publ., 2014.
6 TCVN 7570:2006. Cot liêu cho bê tông và vùa — Yêu cau
ky thuât. Hanoi, Vietnam, 2006; 11.
Fig. 2. Granulometric composition of FA from TPP Vung Ang, BFS, RHA and NG Table 5. Physical and mechanical properties of sand brought from the Lo river.
No. Properties Measurement unit Experiment results
1 Size module — 2.56
2 True density g/cm3 2.65
3 Bulk density g/cm3 1.62
4 Porosity % 39.1
5 Content of dust, clay and other impurities % 0.91
Fig. 3. Granulometric composition of the sand
3. Activating alkaline solution
An activating alkaline solution, consisting of the aqueous solutions of sodium hydroxide and silicate, having a density of 1.63±0.01 g/cm3 and 1.42 ± 0.01 g/ cm3, respectively, at the ratio of Na2SiO3 /NaOH = 2.5 [20]; its percentage by weight: NaOH = 12 %; Na2 SiO3 = 30 % and water = 58 %.
4. Superplasticizer
To reduce the water consumption, polycarboxylate superplasticizer SR 5000F (SR5000), manufactured by Silk Road, with a density of 1.1 g/cm3 at the temperature of 20±5 °C, was used to make geopolymer concrete (GPC). It is the type G superplasticizer pursuant to ASTM C4947. ^^m^^m^^^m
Methods. The methodology of the work encompassed:
• the study of sizes of raw material particles performed by the laser granulometry method using BT-9300z (PRC) machine;
• the method of absolute volumes used to determine the preliminary composition of the geopolymer concrete mixture;
• concrete workability was determined by its spread (in mm) identified using a truncated mini-cone 70 x 80 x 40 mm pursuant to ASTM C 1611-188 and TCVN 3106:2007"; IIIIIH^H^^^HH
• average concrete density was determined using cube samples 100 x 100 x 100 mm in accordance with GOST 12730.1-7810; ^^^^^HflHIIIIII
• the compressive strength of the concrete was identified using cube-shaped specimen whose dimensions were equal to 100 x 100 x 100 mm, and the tensile
flexural strength was identified with the help of prism-shaped specimens 100 x 100 x 400 mm each in accordance with GOST 10180-201211; ^^Hl^llllllll
• the impermeability was identified according to GOST 12730.5-201812|by the wet spot method;
• the water absorption of concrete was calculated according to GOST 12730.3-7813.
RESULTS OF THE STUDY
1. Composition of geopolymer cement-free concrete
The geopolymer concrete (GPC) must have the following properties:
• compressive strength about 60 MPa on the 28th day following the heat treatment at 100 °C for six hours in accordance with the national standard of Vietnam TCVN 10306: 201414, according to which high-strength concretes must have a strength of more than 55 MPa;
• high water resistance (no less than W10) and low water absorption (no more than 4 % by mass) according to the requirements of the national standard of Vietnam TCVN 9139: 201215.
The design of the preliminary composition of the GPC is provided below.
The calculation of the composition of the geopoly-mer concrete mixture was carried out using the method of absolute volumes. According to this method, the con-
7 ASTM C494. Standard Specification for Chemical Admixtures for Concrete. 2019; 21.
8 ASTM C1611-18. Standard Test Method for Slump Flow of Self-Consolidating Concrete. 2018; 20.
9 TCVN 3106:2007. Hön hop be tong nang — Phuong phap thü do sut. NXB Xay dung. Ha Noi. 2007; 10.
10 GOST 12730.1-78. Concrete. Methods for determining density. Moscow, Standards Publ., 2007; 5.
11 GOST 10180-2012. Concrete. Methods for determining the strength of benchmark samples. Moscow, Standards Publ., 2013; 35.
12 GOST 12730.5-2018. Concrete. Methods for determining water resistance. Moscow, Standards Publ., 2018; 26.
13 GOST 12730.3-78. Concrete. Method for determining water absorption. Moscow, Standards Publ., 2007; 6.
14 TCVN 10306:2014. Bê tông cuông dô cao - Thiét ké thành phân mâu hinh tru. Hanoi, 2014; 24.
15 TCVN 9139:2012. Công trinh thùy loi — Két cau bê tông, bê tông côt thép vùng ven biên — Yêu câu ky thuât. Hanoi, 2012; 15.
tfi i»
sumption of all components of the concrete mixture should be such that the sum of their absolute volumes is 1,000 liters, i.e. 1 m3 [8, 11, 14]:
FA BFS RHA NG NaOH
-+-+-+-+-+
TfA TbFS T RHA TnG y NaOH
Na2SiO3 S SR5000 _ +-2-3 + — +-+ EA = 1.000, (1)
Y Na2SiO3 T S TSR5000
where FA, BFS, RHA, NG, NaOH, Na2SiO3, S, SR5000 stand for the consumption of fly ash, blast furnace slag, rice husk ash, natural gypsum, NaOH solution, Na2SiO3 solution, sand and SR superplasticizer 5000F, kg; yFA,
YBFS, Y^ Yn& YNaO№ YNa2SlOз, Ys 3nd YsR5000, 3Te the trUe densities of fly ash, blast furnace slag, rice husk ash, natural gypsum, NaOH solution, Na2SiO3 solution, sand and superplasticizer SR5000F, g/cm3 (Table 6); EA is the volume of entrained air, l.
The initial blend of the raw materials in the concrete mixture (by mass), selected for the design of the composition of the GPC as a result of research and analysis of the literature [10, 12, 21, 22], are provided in Table 7.
The following ratios were selected for the study
AB
-= 0.25; 0.30; 0.35; 0.40; 0.45; 0.50; 0.55; 0.60.
AMA
The method of absolute volumes was used, and subsequent correction was made based on the obtained experimental result, the compositions of concrete mixtures were calculated to obtain cement-free GPC with
a compressive strength of up to 60 MPa after the six-hour heat treatment at the temperature of 100 °C. Compositions of the concrete mixtures discussed in this work, are provided in Table 8.
2. Experimental identification of workability and average density of concrete mixtures and GPC
The workability of cement-free concrete mixtures, used to make GPC, was evaluated by measuring the cone flow diameter in mm in accordance with the requirements of ASTM C1611-188 and TCVN 3106:200716. Tests were performed with the help of a truncated mini-cone shown in Fig. 4. Two flow diameters were measured in the two mutually perpendicular directions (Fig. 5).
Experimentally obtained workability, average density of concrete mixtures and GPC are presented in Table 9.
The experimentally identified fluidity of concrete mixtures meets the requirements of TCVN 8218:200917 standards (Construction of Offshore and Offshore Structures —Technical Requirements) and TCVN 9139:201218 (Concrete Structures for Offshore Structures — Technical Requirements).
16 TCVN 3106:2007. Hôn hop bê tông nâng — Phuong phap thù dô sut. Hanoi, 2010; 10.
17 TCVN 8218:2009. Bê tông thùy công — Yêu câu ky thuât. Hanoi, 2009; 12.
18 TCVN 9139:2012. Công trinh thùy loi — Két cau bê tông, bê tông côt thép vùng ven biên — Yêu câu ky thuât. Hanoi, 2012; 15.
Table 6. True density of raw materials used
Raw materials FA BFS RHA NG NaOH Na2SiO3 S SR5000
True density, g/cm3 2.35 2.92 2.25 2.31 1.63 1.42 2.65 1.15
Table 7. The blend of raw materials in the concrete mixture (by mass)
Ratios FA BFS RHA NG AP S Na2SiO3 SR5000 EA
AMA1-*-1 AMA AMA AMA AMA AMA NaOH AMA
Quantity 0.45 0.3 0.2 0.05 0.25 to 0.6 1.3 2.5 0.005 3 %
Note: (*'ama = fa + bfs + rha + ng.
S3
CN
CO CO
Table 8. Compositions of geopolymer concrete mixtures
Composi- AP AMA, kg Mineral additives Activating solution S, kg SR5000, l
tions AMA FA, kg BFS, kg RHA, kg NG, kg NaOH, kg Na2SiO3, kg
1 0.25 907 408 272 181 45 65 162 1,179 4.5
2 0.30 879 396 264 176 44 75 188 1,143 4.4
3 0.35 853 384 256 171 43 85 213 1,109 4.3
4 0.40 828 373 249 166 41 95 237 1,077 4.1
5 0.45 805 362 242 161 40 104 259 1,047 4.0
6 0.50 783 352 235 157 39 112 280 1,018 3.9
7 0.55 762 343 229 152 38 120 299 991 3.8
8 0.60 742 334 223 148 37 127 318 965 3.7
Fig. 4. Truncated mini-cone used to determine the spreading of the concrete mixture
Fig. 5. Determination of workability of geopolymer concrete mixtures according to the cone flow diameter
In the course of the experiments, it was found that the concrete mixtures are homogeneous and do not demonstrate delamination and water separation.
Table 9. Workability and average density of geopolymer concrete mixtures and GPC, water resistance and water absorption of the developed concretes
Compositions AP AMA Cone flow diameter, mm Average density of concrete mixtures, kg/m3 Average density of GPC, kg/m3 Impermeability, MPa Water adsorption, mass. %
1 0.25 180 2,318 2,237 1.0 3.9
2 0.30 190 2,291 2,218 1.0 3.9
3 0.35 190 2,265 2,210 1.8 2.5
4 0.40 200 2,241 2,189 1.2 3.7
5 0.45 210 2,218 2,180 0.8 4.2
6 0.50 220 2,196 2,108 0.8 4.3
7 0.55 230 2,176 2,100 0.6 5.4
8 0.60 230 2,157 2,100 0.4 6.8
Moreover, the experimental results suggest that water resistance goes up and water absorption goes down along with the density growth.
3. Bending compressive and tensile strength of GPC specimens at different hardening ages
Cube-shaped concrete samples, having the dimensions of 150 x 150 x 150 mm were made in accordance with GOST 10180-2012 and TCVN 3118:201219. Com-pressive strength was measured at the age of 28 days, and its bending tensile strength was measured at different ages of hardening, if was also measured after their six-hour heat treatment at the temperature of 100 °C. The results are provided in Tables 10, 11 and in Fig. 6, 7.
Experimental data consolidated in Tables 10, 11 and Figures 6, 7 suggest that the bending compressive and tensile strength of the specimens of GPC concrete de-
pends on the ratio
AP
Moreover, against the back-
19 TCVN 9334:2012. Bê tông näng — Phuong phap xac dinh cuông dô nén bang sùng bât nây. Hanoi, 2012; 09.
AMA
ground of the established general trends towards the strength reduction accompanied by the increase in the specified ratio, strength values are maximal if the value of this ratio is equal to 0.35. The heat treatment of concrete specimens led to an increase in the 28-day compressive strength by 63-89 %, and an increase in bending tensile strength by 35-66 %.
The compressive strength of the developed concrete at the age of three days of hardening reached 51 to 66 % of their 28-day strength, and by the seventh day of hardening it went up from 65 to 82 %, which indicates a high pace at an early age. The results can be explained by the activating effect of alkaline solution NaOH + Na2SiO3, which interacts with aluminate and silicate components of active mineral additives and form a rapidly setting gel polymer system with binding properties [20, 21].
CO CO
Table 10. Bending compressive and tensile strength of GPC specimens at different ages of normal hardening
Compositions AP Compressive strength, MPa Bending tensile strength, MPa
AMA 3 days 7 days 14 days 28 days 90 days
1 0.25 20.4 25.2 30.1 34.4 38.7 3.65
2 0.30 24.3 32.6 34.3 36.6 40.6 3.45
3 0.35 25.7 33.4 36.2 37.8 43.3 3.72
4 0.40 23.6 28.2 33.4 35.4 38.9 3.44
5 0.45 18.2 21.3 27.7 28.7 31.2 2.78
6 0.50 14.4 19.8 23.4 25.6 28.3 2.54
7 0.55 12.1 15.7 18.6 20.1 23.1 2.12
8 0.60 12.3 14.2 17.9 19.2 22.7 2.20
Table 11. Bending compressive and tensile strength of GPC samples at different ages after six-hour heat treatment at the temperature of 100 °C
Compositions AP Compressive strength, MPa Bending tensile strength, MPa
AMA 3 days 7 days 14 days 28 days 90 days
1 0.25 31.4 44.2 54.1 58.3 62.5 4.95
2 0.30 35.5 48.4 56.1 60.1 65.7 5.75
3 0.35 36.8 50.9 57.2 62.4 66.1 6.10
4 0.40 34.4 42.1 52.7 58.2 60.6 5.45
5 0.45 27.1 32.3 43.1 47.1 51.7 4.43
6 0.50 21.3 30.1 37.6 41.3 45.9 3.87
7 0.55 18.7 22.4 29.9 33.1 37.4 3.10
8 0.60 17.8 21.4 28.8 32.2 36.8 2.98
C9 CN
«9 «9
3 7 14 2a 90
Hardening duys
Fig. 6. Dependence of the compressive strength of GPC samples on their composition and age at different ages of normal hardening
Fig. 7. Dependence of the compressive strength of GPC specimens on their composition and age after the six-hour heat treatment at the temperature of 100 °C
CONCLUSIONS
The following conclusions can be made on the basis of the results of the studies performed by the co-authors.
Local Vietnamese raw materials, including large-tonnage technogenic waste in the form of fuel FA, BFS and RHA, which may contribute to environmental protection, can be used to make GPC that contains a cement-free binder. Its compressive strength is 38 MPa without heat treatment at the age of 28 days of hardening and its bending tensile strength is 3.72 MPa. Its six-hour
heat treatment at 100 °C leads to an increase in the above strength indicators, respectively, to 62 and 6.1 MPa.
A high rate of early development of compressive strength makes GPC a promising building material. In addition, the production of such concrete will contribute to environmental protection by saving natural resources and the usability of large-tonnage technogenic waste.
It is necessary to continue researching the physical and mechanical properties and performance indicators developed by the GPC in order to determine the most rational areas of their application for construction purposes in the hot and humid climate of Vietnam.
REFERENCES
1. Sathawane S.H., Vairagade V.S., Kene K.S. Combine Effect of Rice Husk Ash and Fly Ash on Concrete by 30 % Cement Replacement. Procedia Engineering. 2013; 51:35-44. DOI: 10.1016/j.proeng.2013.01.009
2. Abdel-Ghani N.T., El-Sayed H.A., El-Ha-bak A.A. Utilization of by-pass cement kiln dust and air-cooled blast-furnace steel slag in the production of some ''green" cement products. HBRCJournal. 2018; 14(3):408-414. DOI: 10.1016/j.hbrcj.2017.11.001
3. Lei Y., Zhang Q., Nielsen C., He K. An inventory of primary air pollutants and CO2 emissions from
cement production in China, 1990-2020. Atmospheric Environment. 2011; 45(1):147-154. DOI: 10.1016/j.at-mosenv.2010.09.034
4. Kargin A.A., Malikov I.M. Geopolymer concrete. Young Russia: Collection of materials of the XI All-Russian scientific-practical conference with international participation. 2019; 60613. (rus.).
5. Goncharova M.A., Matchenko N.A. Development of geopolymer concrete compositions for structural material. Scientific Research: From Theory to Practice. 2015; 2(4):(5):15-18. (rus.).
CO CO
6. Pham Chi Cuong. The use of waste from the metallurgical industry in Vietnam. Journal of Science of Vietnam. 2012; 6(10):52-54.
7. Tang Van Lam, Ngo Xuan Hung, Bulgakov B.I., Aleksandrova O.V., Larsen O.A., Orekhova A.Yu. et al. The use of ash and slag waste as an additional cementing material. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2018; 8:19-27. DOI: 10.12737/article_5b6d58455b5832. 12667511 (rus.).
8. Tang Van Lam, Bulgakov B.I., Aleksandrova O.V., Larsen O.A. Possibility of using ash residues for the production of materials for construction purposes in Vietnam. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2017; 6:6-12. DOI: 10.12737/ article_5926a059214ca0.89600468 (rus.).
9. Gorbunov G.I., Rasulov O.R. Using Rice Straw to Manufacture Ceramic Bricks. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2014; 11:128-136. (rus.).
10. Lam Van Tang, Hung Xuan Ngo, Dien Vu Kim, Bulgakov B.I., Aleksandrova O.V. Effect of Complex Organo-Mineral Modifier on the Properties of Corrosion-Resistant Concrete.MATEC Web of Conferences. 2018; 251:01005. DOI: 10.1051/matecconf/201825101005
11. Si -Huy Ngo, Trong-Phuoc Huynh, Thanh-Tam Thi Le, Ngoc-Hang Thi Mai. Effect of High Loss on Ignition-Fly Ash on Properties of Concrete Fully Immersed in Sulfate Solution. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018; 371:012007. DOI: 10.1088/1757-899X/371/1/012007
12. Tang Van Lam, Bulgakov B., Bazhenov Y., Aleksandrova O., Pham Ngoc Anh. Effect of rice husk ash on hydrotechnical concrete behavior. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018; 365:032007. DOI: 10.1088/1757-899X/365/3/032007
13. Ngo Van Toan. Research on the production of high-strength concrete using fine sand and mineral additives mixed with activated blast-furnace slag and rice husk ash. Magazine Building Materials — Environment. 2012; 4:36-45.
14. Viet-Thien-An Van, RoBler C., Danh-Dai Bui, Ludwig H.-M. Rice husk ash as both pozzolanic admix-
ture and internal curing agent in ultra-high performance concrete. Cement and Concrete Composites. 2014; 53:270-278. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2014.07.015
15. Saad S.A., Nuruddin M.F., Shafiq N., Ali M. Pozzolanic Reaction Mechanism of Rice Husk Ash in Concrete -- A Review. Applied Mechanics and Materials. 2015; 773-774:1143-1147. DOI: 10.4028/www. scientific.net/AMM.773-774.1143
16. Anufriyeva Ye.V. Corrosion-resistant concrete for hydraulic engineering. Urban PlanningAspects of Sustainable DevelopmentofLarge Cities. 2009; 93:537-541. (rus.).
17. Lam Tang Van, Hung Ngo Xuan, Dien Vu Kim, Chuc Nguyen Trong, Bulgakov B.I., Bazhenova O.Yu. et al. Effect of water-binder ratio and complex organic-mineral additive on properties of concrete for marine hydrotechnical constructions. Industrial and Civil Engineering. 2019; 3:11-21. DOI: 10.33622/0869-7019.2019. 03.11-21 (rus.).
18. Santhanam M., Cohen M.D., Olek J. Differentiating seawater and groundwater sulfate attack in Portland cement mortars. Cement and Concrete Research. 2006; 36(12):2132-2137. DOI: 10.1016/j.cemconres. 2006.09.011
19. Chindaprasirt P., Kanchanda P., Sathonsaowa-phak A., Cao H.T. Sulfate resistance of blended cements containing fly ash and rice husk ash. Construction and Building Materials. 2007; 21(6):1356-1361. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2005.10.005
20. Thomas R.J., Peethamparan S. Alkali-activated concrete: Engineering properties and stress-strain behavior. Construction and Building Materials. 2015; 93:49-56. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2015.04.039
21. Liu Y., Zhu W., Yang E.H. Alkali-activated ground granulated blast-furnace slag incorporating incinerator fly ash as a potential binder. Construction and Building Materials. 2016; 112:1005-1012. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.02.153
22. Falikman V.R., Okhotnikova K.Yu. Geopoly-meric binders and concrete in modern construction. International Research Journal. 2015. 4-1(35):93-97. DOI: 10.18454/IRJ.2227-6017 (rus.).
C9 CN
«9 «9
Received March 9, 2021.
Adopted in revised form on May 24, 2021.
Approved for publication on May 25, 2021.
Bi o n o t e s : Tang Van Lam — Candidate of Technical Sciences, Lecturer of the Faculty of Civil Engineering; Hanoi University of Mining and Geology; 18 Pho Vien, Duc Thang, Bac Tu Liem, Ha Noi, Vietnam; SPIN-code: 3214-6263, Scopus: 57201185702, ResearcherID: G-2948-2018, ORCID: 0000-0002-4857-835X; lamvantang@gmail. com;
Ngo Xuan Hung — postgraduate student of the Department of Technology of Binders and Concretes; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; xuanhung1610@mgsu.ru;
Vu Kim Dien — postgraduate student of the Department of Technology of Binders and Concretes; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; SPIN-code: 3744-3059, Scopus: 57205216458, ResearcherID: AAQ-3813-2020, ORCID: 00000002-3367-9043; kimdienxdtb@mgsu.ru;
Boris I Bulgakov — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Technology of Binders and Concretes; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; SPIN-code: 5583-1897, Scopus: 57192383523, ResearcherlD: H-l884-2018, ORCID: 0000-0002-4737-8524; BulgakovBI@mgsu.ru;
Soiya I. Bazhenova — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Technology of Binders and Concretes; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; SPIN-code: 3439-4221, Scopus: 57194452989, Re-searcherID: S-2766-2018, ORCID: 0000-0002-6111-20IX; BazhenovaSI@mgsu.ru;
Olga V. Aleksandrova — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Technology of Binders and Concretes; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; SPIN-code: 790072, Scopus: 57194450051, 57192372475, ORCID: 0000-0003-1791-8515; AleksandrovaOV@mgsu.ru.
