Научная статья на тему 'Оптимизация состава цементных композитов с применением наполнителей месторождений Чеченской Республики'

Оптимизация состава цементных композитов с применением наполнителей месторождений Чеченской Республики Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
232
48
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Вестник МГСУ
ВАК
RSCI
Ключевые слова
ЦЕМЕНТНЫЙ КОМПОЗИТ / CEMENT COMPOSITE / ПРОЧНОСТЬ / STRENGTH / ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЕ / НАПОЛНИТЕЛЬ / FILLER / ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ / PARTICLE SIZE COMPOSITION / HEAT EVOLUTION

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Балатханова Элита Махмудовна, Ерофеев Владимир Трофимович, Баженов Юрий Михайлович, Митина Елена Александровна, Родин Александр Иванович

Приведены результаты исследования процессов гидратации и физико-механических свойств цементных композитов с наполнителями месторождений Чеченской Республики. Представлены результаты исследований тепловыделения цементных систем, модифицированных мелкодисперсными наполнителями. Получены оптимальные составы цементных композитов, наполненных порошками кварца, песчаника, известняков речного и горного различного гранулометрического состава, отличающиеся повышенной прочностью.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Балатханова Элита Махмудовна, Ерофеев Владимир Трофимович, Баженов Юрий Михайлович, Митина Елена Александровна, Родин Александр Иванович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Optimization of cement composites with the use of fillers from the Chechen Republic fields

The fillers together with binders take part in microstructure formation of matrix basis and contact zones of a composite. The advantage of cement matrix structure with a filler is that inner defects are localized in it microcracks, macropores and capillary pores, as well as that their quantity, their sizes and stress concentration decrease. Structure formation of filled cement composites is based on the processes taking place in the contact of liquid and stiff phases, which means, it depends on the quantitative relation of the cement, fillers and water, and also dispersivity and physical and chemical activity of the fillers. In the article the authors offer research results of the processes of hydration and physical-mechanical properties of cement composites with fillers from the fields of the Chechen Republic. Research results of heat cement systems are presented, modified by fine fillers. Optimal composition of cement composites filled with powders of quartz, sandstone, river and a mountain limestone of different particle size composition, characterized by a high strength, are obtained.

Текст научной работы на тему «Оптимизация состава цементных композитов с применением наполнителей месторождений Чеченской Республики»

СТРОИТЕЛЬНОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

УДК 666.97:519.242

Э.М. Балатханова, В.Т. Ерофеев, Ю.М. Баженов*, Е.А. Митина, А.И. Родин, А.В. Еремин*, А.О. Адамцевич*

ФГБОУВПО «МГУ им. Н.П. Огарёва», *ФГБОУВПО «МГСУ»

ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ НАПОЛНИТЕЛЕЙ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЧЕЧЕНСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

Приведены результаты исследования процессов гидратации и физико-механических свойств цементных композитов с наполнителями месторождений Чеченской Республики. Представлены результаты исследований тепловыделения цементных систем, модифицированных мелкодисперсными наполнителями. Получены оптимальные составы цементных композитов, наполненных порошками кварца, песчаника, известняков речного и горного различного гранулометрического состава, отличающиеся повышенной прочностью.

Ключевые слова: цементный композит, прочность, тепловыделение, наполнитель, гранулометрический состав.

Наполнители вместе с вяжущими участвуют в формировании микроструктуры матричной основы и контактных зон композита [1—5]. Преимущество структуры цементной матрицы с наполнителем состоит в том, что в ней локализуются внутренние дефекты — микротрещины, макропоры и капиллярные поры, а также в том, что уменьшаются их количество и размеры, снижается концентрация напряжений. Структурообразование наполненных цементных композитов основывается на процессах, происходящих при контакте жидкой и твердой фаз, т.е. зависит от количественного соотношения цемента, наполнителей и воды, а также дисперсности и физико-химической активности наполнителей [6—11].

Для наполненных цементных композитов характерны два случая влияния добавок на общую организацию структуры дисперсной системы [12]: поверхностная активность частиц наполнителя равна или выше поверхностной активности вяжущего (F > FJи поверхностная активность наполнителей ниже поверхностной активности вяжущего (F < FJ. При F^ > F^ частицы наполнителя рассматриваются как структурообразующие центры. Применение таких наполнителей приводит к повышению степени гидратации и к упрочнению межчастичных контактов. В случае, когда F^ < F частицы наполнителя способствуют упорядочению структуры и повышению механических характеристик за счет снижения межчастичных деформаций на поверхности раздела фаз.

Из практики известно, что изменение химического состава твердеющей системы приводит к изменению механизма и скорости химических реакций гидратации цемента, состава кристаллогидратов, а также кинетики формирования физической структуры твердеющей цементной системы. В связи с этим, важным являются исследования по установлению тепловыделения цементных систем, модифицированных мелкодисперсными наполнителями.

ВЕСТНИК

МГСУ-

12/2014

Наполнителями служили молотые порошки песчаника (месторождение в Надтеречном р-не, в 30.. .35 км от г. Грозного в ю.-з. направлении); кварцевого песка (месторождение на р. Терек в 20 км к с. от г. Грозного); известняка речного (месторождение на р. Хул-Хулау в н.п. Цаци-Юрт в 25 км к в. от г. Грозного) и горного (месторождение в н.п. Дуба-Юрт в 30 км к ю. от г. Грозного).

Для определения влияния использованных в работе наполнителей на ход гидратации цементных систем исследования проводились на портландцементе одинакового химико-минералогического состава, а также жестко контролировалась удельная поверхность наполнителей (9500...10500 см2/г). Регистрация параметров тепловыделения производилась с учетом ГОСТ 310.5—88 «Цементы. Метод определения тепловыделения» в 8-канальном изотермическом калориметре ТЛМЛ1Я на образцах цементной пасты (цемент — 70 %, наполнитель — 30 %, В/Ц = 0,5) при 20 °С [13—20].

Зарегистрированные параметры тепловыделения исследуемых образцов приведены на рис. 1.

32 40 Время, ч

б

Рис. 1. Скорость тепловыделения (а) и суммарное количество выделившейся теплоты (б) цементных систем, модифицированных наполнителями месторождений Чеченской Республики: 1 — контрольный состав; 2 — песчаником; 3 — известняком речным; 4 — известняком горным; 5 — песком речным

Как показывают данные рис. 1, тепловыделение цементных систем с разными мелкодисперсными наполнителями месторождений Чеченской Республики неодинаково. Первый пик (период начального взаимодействия) в ранние часы гидратации характерен наложением экзотермических эффектов происходящих при смачивании зерен цемента, реакцией образования эттрингита и иных АП-фаз, а в отдельных случаях и образованием гипса из полугидрата, появившегося в результате помола цемента. На рис. 1, б данный эффект не учитывается с целью выявления последующей гидратации основных фаз клинкера.

Индукционный период гидратации, характеризующийся тиксотропично-стью, практически идентичен для всех составов, что не удивительно, так как теоретически ни один из примененных в работе наполнителей не является замедлителем схватывания цемента.

Второй пик (период ускорения реакций) соответствует реакциям образования С-8-Н-геля и СН, т.е. начинается схватывание цементной системы. Необходимо отметить, что данный период также практически идентичен для всех составов с пиком около 13.14 ч после смешивания всех компонентов. Немного интенсивнее протекает образование С-8-Н-геля и СН состава, модифицированных известняком речным, что объясняется природой образования данного наполнителя.

Третий пик, характеризующий образование эттрингита, для модифицированных составов зафиксирован в интервале 20.24 ч гидратации в отличие от рядового цемента, у которого этот пик был отмечен после 28 ч, что также говорит об ускорении гидратации цементных систем, модифицированных мелкодисперсными наполнителями месторождений Чеченской Республики.

Четвертый пик, характеризующий гидратацию алюмоферритных составляющих цемента, для модифицированных составов практически слился с третьим пиком (образование эттрингита). Для контрольного состава алюмоферри-ты кальция начинают гидратировать только после 40 ч.

Данные суммарной тепловой энергии (см. рис. 1, б) после 3 сут твердения цементных систем показали большую степень гидратации к этому периоду контрольного состава. Однако необходимо отметить, что составы с наполнителями только на 70 % состоят из портландцемента, а суммарное количество выделившейся энергии (степень гидратации) всего на 12.15 % меньше контрольного, что говорит об увеличении активности цементов, модифицированных мелкодисперсными наполнителями месторождений Чеченской Республики.

Наполнитель по эффективности структурообразования разделяют на три степени дисперсности [12]: высокодисперсный наполнитель, удельная поверхность которого значительно выше тонкости помола вяжущего, увеличивающего прочность за счет повышения однородности пор по размеру; наполнитель, удельная поверхность которого близка к дисперсности вяжущего, играющего роль подложки в процессе формирования структуры; наполнитель с грубоди-сперсной структурой, который играет роль компенсаторов деформации внутри структуры бетонов. Исходя из вышесказанного, можно предположить, что совмещением наполнителей различной дисперсности, можно получать композиты с улучшенными свойствами по сравнению с материалами на однофракци-онных наполнителях.

ВЕСТНИК лцчплл

МГСУ_12/20^4

Данное предположение было положено нами в основу исследований ком -позитов, наполненных порошками, состоящими из смеси частиц различного гранулометрического состава. Нами были проведены исследования физико-механических свойств наполненных цементных композитов.

Оптимизационные исследования проводились с помощью математических методов планирования эксперимента (симплекс-решетчатого плана Шеффе). Гранулометрический состав наполнителей варьировался на трех уровнях: фракция 0,63...0,315 мм — Х фракция 0,315...0,16 мм — Х фракция менее 0,16 мм — X Количество каждой фракции было принято за контролируемую переменную, количество остальных компонентов было зафиксировано и на протяжении всего опыта оставалось постоянным. Исследованию подвергалась диаграмма состав — свойство с вершинами: (Х1 = 100 %, Х2 = 0 %);

(Х2 = 100 %, Х3 = 0 %); (Х3 = 100 %, Х1 = 0 %). Контролируемыми параметрами являлась прочность при сжатии и модуль упругости.

Матрица планирования и результаты эксперимента приведены в таблице.

Матрица планирования

Номер опыта Матрица планирования в кодированных значениях Матрица планирования в натуральных значениях, % Предел прочности при сжатии / модуль упругости композитов, МПА/х103МПа. с различными наполнителями

Х1 Х2 Х3 ¿3 песчаником кварцевым песком известняком речным известняком горным

1 1 0 0 100 0 0 56/5,19 60/6,75 68/6,00 52/5,41

2 0 1 0 0 100 0 65/4,54 66/6,36 63/3,71 57/14,00

3 0 0 1 0 0 100 56/4,34 68/7,43 57/5,44 69/6,44

4 1/3 2/3 0 33 67 0 61/7,71 59/6,00 57/4,00 60/5,56

5 1/3 0 2/3 33 0 67 51/6,21 63/7,00 55/5,89 47/6,19

6 0 1/3 2/3 0 33 67 54/4,23 53/3,13 60/5,43 50/5,63

7 2/3 1/3 0 67 33 0 63/5,76 67/5,76 58/3,99 46/7,50

8 2/3 0 1/3 67 0 33 46/4,69 59/4,57 45/3,37 51/3,19

9 0 2/3 1/3 0 67 33 44/5,00 62/4,57 43/3,61 50/3,35

10 1/3 1/3 1/3 33 33 33 61/4,85 69/3,84 59/1,73 48/6,40

Статистическая обработка результатов эксперимента позволила получить зависимости, характеризующие изменение предела прочности при сжатии и модуля упругости наполненных цементных композитов от гранулометрического состава вводимых наполнителей.

Для композиционных материалов, наполненных песчаником:

Я = 56Х + 65Х, + 56Х, + 6,75Х,Х„ - 33,75ХХ, - 51,75ХХ, +

сж 1 2 3 ' 1 2 '13 '23

+ 33,75Х1Х2(Х1 - Х2) - 33,75Х1Х3(Х1 -Х3) - 87,75ХХ3 (Х2-Х3) + + 290,26Х1ХХ3;

Е = 5,19Х1+ 4,58Х2 + 4,33Х3 + 8,325Х1Х, + 3,0825ХХ3 + 0,72X2X3 -

- 14,535Х1Х2(Х1 - Х2) - 12,2625Х1Х3(Х1 - Х3) + 4,635Х2Х3(Х2 -Х3) -

- 32,33Х1Х2Х3.

Для композиционных материалов, наполненных кварцевым песком: Ясж = 60Х1 + 66Х2 + 68Х3 - 13,5Х1Х3 - 42,75Х2Х3 + 67,5Х1Х2(Х1 - Х2) --с9,0Х^Х3(Х1 - Х3) + 65,25Х2Х3(Х2 - Х3) + 285,76Х1Х2Х3; Е = 6,75Х1 + 6,36Х2 + 7,43Х3 -3 3,04Х1Х, - 5,87Х^Ъ - ^3,73Х2Х3 -

- 2,5Х1Х2(Х1 - Х2) - 14,87Х^Х3(Х1 - Х3) + 12,20Х2Х3(Х2 - Х3) -

- 13,25Х^Х2Х3- 2

Для композиционных материалов, наполненных известняком речным: Я = 68Х + 63Х, + 57Х.- 36,0Х Х - 56,25Х Х - 38,25ХХ -

сж 1 2 3 '12 '13 '23

- 4,5Х1Х2(Х1 - Х2) - 92,25Х1Х3(Х1 - Х3) - 128,25ХХ3 (Х2 - Х3) + + 292,51Х1Х2Х3;

Е = 6,00Х1 + 3,71Х2 + 5,44Х3 - 3,87Х1Х2 - 4,91Х1Х3 - 0,25Х2Х3-

- 5,22Х^Х2 (Х1 - Х2) - 18,27Х^Х3(Х1 - Х3) - 8,39Х2Х3(Х2 - Х3) - 62,57Х1Х2Х3. Для композиционных материалов, наполненных известняком горным:

Я = 52Х + 57Х, + 69Х.- 6,75Х Х - 51,75Х Х - 58,5ХХ -

сж 1 2 3 1 2 1 3 2 3

- 83,25Х1Х2(Х1 - Х2) + 65,25Х1Х3(Х1 - Х3) + 27,0Х2Х3(Х2 - Х3) +

+ 45,0Х1Х2Х3.

Е = 5,41Х + 14,0Х2 + 6,44Х3 - 14,29Х]^2 - 5,55Х1Х3 - 25,81Х2Х3 + + 32,42Х1Х2(Х1 - Х2) - 17,93ХХ3(Х1 - Х3) - 32,33Х2Х3(Х2 - Х3) + + 77,1ЦХ3.

По уравнениям регрессии были построены графики в виде линий равных значений изменения предела прочности при сжатии и модуля упругости, которые приведены на рис. 2 и 3 соответственно.

Рис. 2. Изолинии изменения предела прочности на сжатие цементных композитов с добавкой песчаника (а), кварцевого песка (б), известняка речного (е), известняка горного (г)

ВЕСТНИК

12/2014

О . IOÜ

Ü ДО0

о

100

о

Хх 100 б

О 100

а

О 100

100

О

100

о

в

г

Рис. 3. Изолинии изменения модуля упругости, х103 МПа, цементных композитов с добавкой песчаника (а), кварцевого песка (б), известняка речного (в), известняка горного (г)

Из графиков следует, что для улучшения прочностных свойств цементных композитов наиболее предпочтительным является применение наполнителя в виде частиц различного гранулометрического состава. Применение данных наполнителей позволяет повысить прочность цементных композитов на 10.. .15 % по сравнению с однофракционным.

Выводы. 1. Исследованы процессы гидратации и свойства цементных композитов, наполненных порошками кварца, песчаника, известняка горного и известняка речного, полученных из пород месторождений Чеченской Республики.

2. Исследования тепловыделения цементных систем, модифицированных мелкодисперсными наполнителями месторождений Чеченской Республики (удельная поверхность 9500.10500 см2/г), показали увеличение на 15.17 % степени гидратации цементных систем к 3 сут твердения.

3. Методом математического планирования эксперимента установлено увеличение прочности цементных композитов с применением наполнителей различного гранулометрического состава на 10.15 % по сравнению с применением однофракционного наполнителя.

1. Афанасьев Н.Ф., ЦелуйкоМ.К. Добавки в бетоны и растворы. Киев : Будивэльнык, 1989. 128 с.

2. Дворкин Л.И., Соломатов В.И., Выровой В.Н., Чудновский С.М. Цементные бетоны с минеральными наполнителями / под ред. Л.И. Дворкина. Киев : Будивэльнык, 1991. 136 с.

3. Лазарев А.В., Казначеев С.В., Ерофеева И.В., РодинаН.Г. Влияние вида наполнителя на деформативность эпоксидных композитов в условиях воздействия модельной бактериальной среды // Разработка эффективных авиационных, промышленных, электротехнических и строительных материалов и исследование их долговечности в условиях воздей-

Библиографический список

Строительное материаловедение VESTNIK

_MGSU

ствия различных эксплуатационных факторов : мат. Междунар. науч.-техн. конф. 19—20 декабря 2013 г. Саранск : Изд-во Мордовского университета, 2013. С. 188—194.

4. Пантелеев А.С., Колбасов В.Н., Савин Е.С. Карбонатные породы — микронаполнители для цемента // Труды МХТИ им. Д.И. Менделеева. 1964. Вып. 45. С. 19—24.

5. Соломатов В.И., ТахировМ.К., Тахер ШахМд. Интенсивная технология бетона. М. : Стройиздат, 1989. 284 с.

6. Баженов Ю.М. Новому веку — новые бетоны // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2000. № 2 (11). С. 10.

7. Дегтярева М.М. Технология и свойства бетона с бинарным наполнителем «кварц — известняк» : автореф. дисс. ... канд. техн. наук. М., 1995. 19 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

8. Ерофеев В. Т., Баженов Ю.М., Завалишин Е.В., Богатов А.Д., Асташов А.М., Коротаев С.А., Никитин Л.В. Силикатные и полимерсиликатные композиты каркасной структуры роликового формирования. М. : Изд-во АСВ, 2009. 160 с.

9. Красный И.М. О механизме повышения прочности бетона при введении микронаполнителя // Бетон и железобетон. 1987. № 5. С. 10—11.

10. Овчаренко Ф.Д., Соломатов В.И., Казанский В.М. О механизме влияния тонкомолотых добавок на свойства цементного камня // Доклады АН СССР. 1985. Т. 284, № 2. С. 289—403.

11. Соломатов В.И. Развитие полиструктурной теории композиционных строительных материалов // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1985. № 8. С. 58—64.

12. Российская архитектурно-строительная энциклопедия. Т. 1. Стройиндустрия, строительные материалы, технология и организация производства работ. Строительные машины и оборудование / под ред. Е.В. Басина. М. : ВНИИНТПИ, 1995. Т. 1. 495 с.

13. Адамцевич А.О., Пустовгар А.П., Еремин А.В., Пашкевич С.А. Влияние фор-миата кальция на гидратацию цемента с учетом фазового состава и температурного режима твердения // Строительные материалы. 2013. № 7. С. 59—61.

14. Макридин Н.И., Тараканов О.В., Максимова И.Н., Суров И.А. Фактор времени в формировании фазового состава структуры цементного камня // Региональная архитектура и строительство. 2013. № 2. С. 26—31.

15. Barbara Lothenbach, Gwenn Le Saout, Mohsen Ben Haha, Renato Figi, Erich Wieland. Hydration of a low-alkali CEM III/B-SiO2 cement (LAC) // Cement and Concrete Research. 2012. Vol. 42. No. 2. Рр. 410—423.

16. Jansen D., Goetz-Neunhoeffer F., Lothenbach B., Neubauer J. The early hydration of Ordinary Portland Cement (OPC): An approach comparing measured heat flow with calculated heat flow from QXRD // Cement and Concrete Research. 2012. Vol. 42. No. 1. Рр. 134—138.

17. Jeffrey W. Bullard, Hamlin M. Jennings, Richard A. Livingston, Andre Nonat, George W. Scherer, Jeffrey S. Schweitzer, Karen L. Scrivener, Jeffrey J. Thomas. Mechanisms of cement hydration // Cement and Concrete Research. December. 2011. Vol. 41. No. 12. Pp. 1208—1223.

18. Nguyen Van Tuan, Guang Ye, Klaas van Breugel, Oguzhan Copuroglu. Hydration and microstructure of ultra high performance concrete incorporating rice husk ash // Cement and Concrete Research. 2011. Vol. 41. No. 11. Pp. 1104—1111.

19. Pashkevich S., PustovgarA., Adamtsevich A., EreminA. Pore Structure Formation of Modified Cement Systems, Hardening over the Temperature Range from +22 °C to -10 °C // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vols. 584—585. Pp. 1659—1664.

20. Sabine M. Leisinger, Barbara Lothenbach, Gwenn Le Saout, C. Annette Johnson. Thermodynamic modeling of solid solutions between monosulfate and monochromate 3CaO Al2O3 Ca[(CrO4)x(SO4)1-x]-nH2O // Cement and Concrete Research. 2012. Vol. 42. No. 1. Pp. 158—165.

Поступила в редакцию в октябре 2014 г.

Об авторах: Балатханова Элита Махмудовна — соискатель кафедры строительных материалов и технологий, Мордовский государственный университет

ВЕСТНИК лцчплл

МГСУ_12/20^4

им. Н.П. Огарёва (ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П. Огарёва»), 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68, 8 (8342) 47-40-19, [email protected];

Ерофеев Владимир Трофимович — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой строительных материалов и технологий, декан архитектурно-строительного факультета, Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва (ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П. Огарёва»), 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68, 8 (8342) 47-40-19, [email protected];

Баженов Юрий Михайлович — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии вяжущих веществ и бетона, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8 (495) 287-49-14 вн. 31-02, 31-03, 31-01, [email protected];

Митина Елена Александровна — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры автомобильных дорог и специальных инженерных сооружений, Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва (ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П. Огарёва»), 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68, 8 (8342) 47-40-19, [email protected];

Родин Александр Иванович — кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры экономики и управления в строительстве, Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва (ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П. Огарёва»), 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68, 8 (8342) 47-40-19, [email protected];

Еремин Алексей Владимирович — заведующий лабораторией физико-химического анализа научно-исследовательского института строительных материалов и технологий, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected];

Адамцевич Алексей Олегович — кандидат технических наук, руководитель головного регионального центра коллективного пользования научно-исследовательского института строительных материалов и технологий, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8 (495) 656-14-66, [email protected].

Для цитирования: Балатханова Э.М., Ерофеев В.Т., Баженов Ю.М., Митина Е.А., Родин А.И., Еремин А.В., Адамцевич А. О. Оптимизация состава цементных композитов с применением наполнителей месторождений Чеченской Республики // Вестник МГСУ 2014. № 12. С. 121—130.

E.M. Balatkhanova, V.T. Erofeev, Yu.M. Bazhenov, E.A. Mitina, A.I. Rodin, A.V. Eremin, A.O. Adamtsevich

OPTIMIZATION OF CEMENT COMPOSITES WITH THE USE OF FILLERS FROM THE CHECHEN REPUBLIC FIELDS

The fillers together with binders take part in microstructure formation of matrix basis and contact zones of a composite. The advantage of cement matrix structure with a filler is that inner defects are localized in it — microcracks, macropores and capillary pores, as well as that their quantity, their sizes and stress concentration decrease. Structure formation of filled cement composites is based on the processes taking place in the contact of liquid and stiff phases, which means, it depends on the quantitative relation of the cement, fillers and water, and also dispersivity and physical and chemical activity of the fillers.

In the article the authors offer research results of the processes of hydration and physical-mechanical properties of cement composites with fillers from the fields of the Chechen Republic. Research results of heat cement systems are presented, modified by fine fillers. Optimal composition of cement composites filled with powders of quartz, sandstone, river and a mountain limestone of different particle size composition, characterized by a high strength, are obtained.

Key words: cement composite, strength, heat evolution, filler, particle size composition.

References

1. Afanas'ev N.F., Tseluyko M.K. Dobavki v betony i rastvory [Additives in Concrete and Solutions]. Kiev, Budivel'nyk Publ., 1989, 128 p. (In Russian)

2. Dvorkin L.I., Solomatov V.I., Vyrovoy V.N., Chudnovskiy S.M. Tsementnye betony s mineral'nymi napolnitelyami [Cement Concretes with Mineral Fillers]. Kiev, Budivel'nyk Publ., 1991, 136 p. (In Russian)

3. Lazarev A.V., Kaznacheev S.V., Erofeeva I.V., Rodina N.G. Vliyanie vida napol-nitelya na deformativnost' epoksidnykh kompozitov v usloviyakh vozdeystviya model'noy bakterial'noy sredy [Influence of a Type of a Filler on Deformability of Epoxy Composites in the Conditions of Influence of Model Bacterial Environment]. Razrabotka effektivnykh aviat-sionnykh, promyshlennykh, elektrotekhnicheskikh i stroitel'nykh materialov i issledovanie ikh dolgovechnosti v usloviyakh vozdeystviya razlichnykh ekspluatatsionnykh faktorov: materialy Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii 19—20 dekabrya 2013 g. [Materials of the International Scientific and Technical Conference: Development of Effective Aviation, Industrial, Electrotechnical and Construction Materials and Research of their Durability in the Conditions of the Influence of Various Operational Factors]. Saransk, Mordovia State University Publ., 2013, pp. 188—194. (In Russian)

4. Panteleev A.S., Kolbasov V.N., Savin E.S. Karbonatnye porody — mikronapolniteli dlya tsementa[Carbonate Breeds—MicrofillersforCement]. TrudyMKhTIim.D.I.Mendeleeva[Worksof D. Mendeleyev Institute of Chemical Technology of Moscow]. 1964, no. 45, pp. 19—24. (In Russian)

5. Solomatov V.I., Takhirov M.K., Takher Shakh Md. Intensivnaya tekhnologiya betona [Intensive Technology of Concrete]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1989, 284 p. (In Russian)

6. Bazhenov Yu.M. Novomu veku — novye betony [New Concretes to the New Age]. Stroitel'nye materialy, oborudovanie, tekhnologii XXI veka [Construction Materials, Equipment, Technologies of the 21st Century]. 2000, no. 2 (11), no. 10. (In Russian)

7. Degtyareva M.M. Tekhnologiya i svoystva betona s binarnym napolnitelem «kvarts — izvestnyak» [Technology and Properties of concrete with Binary Fillers "Quartz-Limestone"]. Theses for the Dissertation of the Candidate of Technical Sciences. Moscow, 1995, 19 p. (In Russian)

8. Erofeev V.T., Bazhenov Yu.M., Zavalishin E.V., Bogatov A.D., Astashov A.M., Koro-taev S.A., Nikitin L.V. Silikatnye i polimersilikatnye kompozity karkasnoy struktury rolikovogo formirovaniya [Silicate and Polymer-Silicate Composites of the Truss Structure of Roller Formation]. Moscow, ASV Publ., 2009, 160 p. (In Russian)

9. Krasnyy I.M. O mekhanizme povysheniya prochnosti betona pri vvedenii mikronapol-nitelya On the Method of Concrete Strength Increase in Case of Microfiller Introduction]. Beton izhelezobeton [Concrete and Reinforced Concrete]. 1987, no. 5, pp. 10—11. (In Russian)

10. Ovcharenko F.D., Solomatov V.I., Kazanskiy V.M. O mekhanizme vliyaniya tonkomo-lotykh dobavok na svoystva tsementnogo kamnya [On the Influence Mechanism of Floured Additives on Cement Stone Properties]. Doklady AN SSSR [Reports of Academy of Sciences of the USSR]. 1985, vol. 284, no. 2, pp. 289—403. (In Russian)

11. Solomatov V.I. Razvitie polistrukturnoy teorii kompozitsionnykh stroitel'nykh materi-alov [Development of the Polystructural Theory of Composite Construction Materials]. Izvetiya vuzov. Stroitel'stvo i arkhitektura [Proceedings of Institutions of Higher Education. Construction and Architecture]. 1985, no. 8, pp. 58—64. (In Russian)

12. Basin E.V., editor. Rossiyskaya arkhitekturno-stroitel'naya entsiklopediya. T. 1. Stroy-industriya, stroitel'nye materialy, tekhnologiya i organizatsiya proizvodstva rabot. Stroitel'nye mashiny i oborudovanie [Russian architectural and construction encyclopedia. Vol. 1. Construction Industry, Construction Materials, Technology and Works Management]. Moscow, VNIINTPI Publ., 1995, vol. 1, 495 p. (In Russian)

13. Adamtsevich A.O., Pustovgar A.P., Eremin A.V., Pashkevich S.A. Vliyanie formiata kal'tsiya na gidratatsiyu tsementa s uchetom fazovogo sostava i temperaturnogo rezhima tverdeniya [Investigation of the Effect of Calcium Formate on Hydration Process of Cement with Account for the Phase Composition and Temperature Mode of Hardening]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2013, no. 7, pp. 59—61. (In Russian)

14. Makridin N.I., Tarakanov O.V., Maksimova I.N., Surov I.A. Faktor vremeni v formirova-nii fazovogo sostava struktury tsementnogo kamnya [Time Factor in Formation of Phase

BECTHMK

MfCY_12/2014

Structure of a Cement Stone]. Regional'naya arkhitektura i stroitel'stvo [Regional architecture and construction]. 2013, no. 2, pp. 26—31. (In Russian)

15. Barbara Lothenbach, Gwenn Le Saout, Mohsen Ben Haha, Renato Figi, Erich Wieland Hydration of a low-alkali CEM III/B-SiO2 cement (LAC). Cement and Concrete Research. 2012, vol. 42, no. 2, pp. 410—423. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconres.2011.11.008.

16. Jansen D., Goetz-Neunhoeffer F., Lothenbach B., Neubauer J. The Early Hydration of Ordinary Portland Cement (OPC): An Approach Comparing Measured Heat Flow with Calculated Heat Flow from QXRD. Cement and Concrete Research, 2012, vol. 42, no. 1, pp. 134—138. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconres.2011.09.001.

17. Jeffrey W. Bullard, Hamlin M. Jennings, Richard A. Livingston, Andre Nonat, George W. Scherer, Jeffrey S. Schweitzer, Karen L. Scrivener, Jeffrey J. Thomas Mechanisms of Cement hydration. Cement and Concrete Research. December 2011, vol. 41, no. 12, pp. 1208—1223. DOI: 10.1016/j.cemconres.2010.09.011.

18. Nguyen Van Tuan, Guang Ye, Klaas van Breugel, Oguzhan Copuroglu. Hydration and Microstructure of Ultra High Performance Concrete Incorporating Rice Husk Ash. Cement and Concrete Research. 2011, vol. 41, no. 11, pp. 1104—1111.

19. Pashkevich S., Pustovgar A., Adamtsevich A., Eremin A. Pore Structure Formation of Modified Cement Systems, Hardening over the Temperature Range from +22°C to -10°C. Applied Mechanics and Materials. 2014, vols. 584—585, pp. 1659—1664.

20. Sabine M. Leisinger, Barbara Lothenbach, Gwenn Le Saout, C. Annette Johnson. Thermodynamic Modeling of Solid Solutions Between Monosulfate and Monochromate 3CaO Al2O3 Ca[(CrO4)x(SO4)1-x] nH2O. Cement and Concrete Research. 2012, vol. 42, No. 1, pp. 158—165. DOI: 10.1016/j.cemconres.2011.09.005.

About the authors: Balatkhanova Elita Mahmudovna — doctoral candidate, Department of Construction Materials and Technologies, Ogarev Mordovia State University (MGU im. Ogareva), 68 Bol'shevistskaya str., Saransk, 430005, Russian Federation; +7 (8342) 47-40-19; [email protected];

Erofeev Vladimir Trofimovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Chair, Department of Construction Materials and Technologies, dean, Department of Architecture and Construction, Ogarev Mordovia State University (MGU im. Ogareva), 68 Bol'shevistskaya str., Saransk, 430005, Russian Federation; +7 (8342) 47-40-19; [email protected];

Bazhenov Yuriy Mikhailovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Chair, Department of Binders and Concrete Technology, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; +7 (495) 28749-14, ext. 31-02, 31-03, 31-01; [email protected];

Mitina Elena Aleksandrovna — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Highways and Special Engineering Structures, Ogarev Mordovia State University (MGU im. Ogareva), 68 Bol'shevistskaya str., Saransk, 430005, Russian Federation; +7 (8342) 47-40-19; [email protected];

Rodin Alexander Ivanovich — Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer, Department of Economy and Management in Construction, Ogarev Mordovia State University (MGU im. Ogareva), 68 Bol'shevistskaya str., Saransk, 430005, Russian Federation; +7 (8342) 47-40-19; [email protected];

Eremin Aleksey Vladimirovich — head, laboratory of Physical and Chemical Analysis, Scientific and Research Institute of Construction Materials and Technologies, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected];

Adamtsevich Aleksey Olegovich — Candidate of Technical Sciences, head, Principal Regional Center of Collective Use of Scientific Institute of Construction Materials and Technologies, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; +7 (495) 656-14-66; [email protected].

For citation: Balatkhanova E.M., Erofeev V.T., Bazhenov Yu.M., Mitina E.A., Rodin A.I., Eremin A.V., Adamtsevich A.O. Optimizatsiya sostava tsementnykh kompozitov s primeneniem napolniteley mestorozhdeniy chechenskoy respubliki [Optimization of Cement Composites with the Use of Fillers From the Chechen Republic Fields]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2014, no. 12, pp. 121—130. (In Russian)

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.