CC BY
42
УЕБТЫНС
мвви
УДК 666.97
В.Т. Ерофеев, Ю.М. Баженов*, Э.М. Балатханова, Е.А. Митина, Д.В. Емельянов, А.И. Родин, С.Н. Карпушин
ФГБОУВПО «МГУ им. Н.П. Огарёва, *ФГБОУВПО «МГСУ»
ПОЛУЧЕНИЕ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ
НАПОЛНИТЕЛЕЙ И ВОДЫ ЗАТВОРЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ чеченской республики
Представлены результаты экспериментальных исследований цементных композитов, наполненных порошками горных пород, затворяемых активированной водой месторождений Чеченской Республики. Установлена равномерность изменения объема цементных композиций с добавками горного и речного известняков, песчаника и кварцевого песка. Представлены результаты экспериментальных исследований по установлению влияния мелкого и крупного заполнителя на формирование прочности цементных композитов на активированной воде затворения.
Ключевые слова: цементный композит, физико-механические свойства, наполнители, активированная вода затворения, прочность.
Улучшение физико-механических и эксплуатационных свойств бетонов и других композиционных материалов является одной из важнейших задач в строительном материаловедении. В настоящее время для этого используются различные методы, в т.ч. применение наполнителей, композиционных вяжущих, активированной воды затворения и др. [1—4].
Композиционные строительные материалы на основе цементных вяжущих с минеральными наполнителями имеют широкое применение, так как они обладают улучшенными физико-механическими и технологическими свойствами. Введение наполнителей улучшает показатели удобоукладываемости и нерасслаиваемости бетонных и растворных смесей, приводит к уплотнению структуры бетонов и растворов [4]. Наполнители существенно снижают экзо-термию бетонов, что представляет ценность для бетонирования массивных сооружений [5].
Если раньше наполнители в основном применяли для экономии цементов, когда марка вяжущего превышала требования соответствия проектной прочности бетона, то в последние годы с развитием производства сухих строительных смесей и самоуплотняющихся бетонов практика применения наполнителей расширилась [6]. Так, например, в соответствии с Европейским стандартом на цемент EN 197-1 портландцемент типа CEM И/В-М может содержать до 35 % минеральных добавок, а техническими условиями Российского государственного стандарта допускается введение в портландцемент известняка до 20 % [7].
Наполнители считаются активными, если отвечают следующим требованиям: обеспечивают повышение прочности; конец схватывания теста, приготовленного на основе добавки и гидратной извести не позднее семи суток после затворения; водостойкость образцов из того же теста не позднее трех
ВЕСТНИК лцчплл
МГСУ_12/20^4
суток после конца схватывания; обеспечивают в жидкой фазе, находящейся в контакте с цементом, приготовленным на основе добавки, клинкера и гипса, содержание гидрооксида кальция ниже состояния насыщения на величину не менее чем 0,5 ммоль для природных добавок, кроме глиежей и порфироидов1.
В [8] установлены механизмы взаимодействия цементного вяжущего с наполнителями подобного типа (кварцем, песчаником, туфом, трепелом и др.) в нормальных условиях твердения в контактной зоне образуются в основном гидросиликаты кальция С8Н (В), С28Н и гидрогранаты. Пропаривание и автокла-вирование приводят к снижению основности гидро силикатов до С8Н (В), обогащению гидрогранатов кремнеземом и смесью железа. Также установлено, что кварц и др. кремнеземистые наполнители лучше взаимодействуют в зоне контакта с алитовым и белитовым портландцементами, чем с алюминатным и алюмоферритовым портландцементами.
Высокая степень адгезии на границе раздела фаз выявлена у цементного камня с карбонатными наполнителями [9—18]. Продуктом их химического взаимодействия является гидрокарбоалюминаткальция 3СаОА1203СаС0311Н20. Не исключается также образование основного гидрокарбоната кальция СаС03Са(ОН)2, способствующего возникновению прочной химической связи кристаллов гидрооксида кальция с кальцитом. Высокая прочность сцепления карбонатов кальция с цементным камнем дополняется кристаллохимическим фактором — срастанием Са(ОН)2 с поверхностью известнякового или доломитового заполнителя.
Результаты исследований различных авторов подтверждают возможность повышения физико-химической активности наполнителей технологическими приемами. Повышение дисперсности кварца при совместном помоле с цементом влияет на рост его химической активности в среде твердеющего цементного камня. В [7] получено, что замена 30 % цемента кварцевым песком с последующим совместным домолом смешанного вяжущего повышает прочность раствора в возрасте 28 сут нормального твердения на 10 %. Совместным домо-лом наполненного вяжущего в вибромельнице удается получить равную прочность композиций при замене 50 % цемента кварцевым песком.
В то же время согласно [7] исследования прочности немодифицированных цементных композиций раздельного помола, содержащих 50 % кварцевого и известнякового наполнителя с различной удельной поверхностью 425.. .900 м2/кг (удельная поверхность цемента от 217 до 424 м2/кг) не оказывают существенного влияния на прочность растворов.
Изложенное выше предполагает проведение комплексных исследований цементных композиций и затвердевших материалов, наполненных природными каменными материалами месторождений Чеченской Республики: молотые порошки песчаника (месторождение в Надтеречном р-не в ю.-з. направлении в 30...35 км от г. Грозного); 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 (месторождения в н. п. Дуба-Юрт в 30 км к ю. от г. Грозного).
1 ГОСТ 25094—94. Добавки активные минеральные для цемента. Методы испы-
тания. Введ. 1996.01.01. М. : ИПК Изд-во стандартов, 1996. 8 с.
В данной статье рассмотрены цементные композиции, получаемые путем смешивания портландцементного клинкера, песчаных и известняковых наполнителей, гипсового камня в пересчете на Са804-2И20.
В нашем случае активность добавок определяется по показателю прочности при сжатии. Составы нормальной густоты, изготовленные для проведения исследований, приведены в табл. 1.
Табл. 1. Составы для исследований
Компоненты Содержание компонентов, масс. ч, в составах
1 2 3 4 5
Портландцементный клинкер 100 100 100 100 100
Кварцевый вольский песок 15 — — — —
Песчаник — 15 — — —
Песок из р. Терек — — 15 — —
Известняк горный — — — 15 —
Известняк речной — — — — 15
Гипсовый камень в пересчете на Са804-2И20 8,65 8,65 8,65 8,65 8,65
Вода 23,5 24,9 23,5 22,5 22,5
Из вышеперечисленных составов были приготовлены композиции нормальной густоты. Образцы твердели в нормальных термовлажностных условиях. Через 3, 7 и 28 сут с момента изготовления образцы испытывали на изгиб и сжатие. Результаты испытаний приведены в табл. 2.
Табл. 2. Результаты испытаний
Физико-механические свойства Показатели компонентов, МПа
1 2 3 4 5
Прочность при изгибе в возрасте:
3 сут 16,5 13,8 18,3 20,1 19,5
7 сут 17,7 22,2 21,3 20,4 20,0
28 сут 20,1 22,5 21,6 23,4 20,7
Прочность при сжатии в возрасте:
3 сут 58,0 51,0 48,0 69,0 51,0
7 сут 66,0 65,0 51,0 77,0 60,0
28 сут 71,0 65,0 51,0 82,0 67,0
Из результатов испытаний следует, что строительные композиты на наполнителях, полученных из горных пород месторождений Чеченской Республики, обладают высокими физико-механическими свойствами. Показатели прочности при изгибе составов, содержащих в качестве наполнителя песчаник, песок из реки Терек, горный и речной известняки — выше чем у составов с добавкой кварцевого вольского песка. Прочность при сжатии несколько ниже у составов с добавкой песчаника, песка из реки Терек и известняка речного, а с известняком горным — выше по сравнению с контрольным составом.
К числу реакций опасных с точки зрения долговечности цементного камня, содержащего карбонатные наполнители, относят химические реакции,
ВЕСТНИК
МГСУ-
12/2014
связанные с изменением объема [11]: образование минерала таумасита (гидро-сульфокарбоксиликата кальция Са8Ю3Са804СаС0315Н20), действие которого аналогично действию эттрингита [4]; щелочно-карбонатную коррозию, связанную с использованием в бетоне доломитизированных известняков.
Взаимодействие доломита со щелочами цемента называют реакцией дедо-ломитизации [19]:
СаМе(С03)2 + 2К0Н = Ме(0Н)2 + СаС03 + И2С03.
Реакция не прекращается, пока в твердеющей системе присутствует гидрооксид кальция, который реагирует со щелочными карбонатами по реакции Са(0Н)2 + Я2С03 = 2К0Н + СаС03.
Регенерация щелочи обуславливает продолжение реакции дедоломитиза-ции. Расширение цементного камня развивается только во влажной и водной средах. При этом имеет значение строение и состав доломитов, а также содержание щелочей.
В этой связи важным является установление равномерности изменения объема цементных композиций с добавками горного и речного известняков, взятых из месторождений Чеченской Республики. Были изготовлены образцы — лепешки из теста нормальной густоты с различным содержанием минеральной добавки. Дисперсность наполнителя была принята близкой к дисперсности портландцемента, т.е. 85 % порошка проходило через сито № 008. После проведения испытаний по общепринятой методике был проведен осмотр образцов с целью установления радиальных, доходящих до краев трещин, видимых в лупу или невооруженным глазом, а также каких либо искривлений (табл. 3).
Табл. 3. Результаты испытаний
Количество вводимой добавки, % Количество вводимой воды, % Сведения о наличии изменения объема композиций при введении известнякового порошка (в числителе — горного, в знаменателе — речного)
— — Изменений не обнаружено Изменений не обнаружено
10 — Изменений не обнаружено Изменений не обнаружено
20 — Изменений не обнаружено Изменений не обнаружено
30 — Изменений не обнаружено Изменений не обнаружено
40 — Изменений не обнаружено Изменений не обнаружено
50 — Изменений не обнаружено Изменений не обнаружено
Из табл. 3 видно, что составы, наполненные известняковыми порошками, выдержали испытание на равномерность изменения объема при твердении.
В строительстве используют цементные композиты, изготавливаемые с применением крупно- и среднезернистых заполнителей (гравия, щебня, песка) и тонкодисперсных наполнителей. Среднезернистых заполнителей и тонкоди-
сперсных наполнителей; только тонкодисперсных наполнителей — без присутствия наполнителей, т.е. в виде цементного камня. В свежеизготовленном состоянии они имеют две основные фазы: дисперсионную среду (жидкую) и дисперсную (твердую) фазу. В указанных выше составах количество дисперсионной и дисперсной фаз может находиться в пределах от 0 до 100 %. Таким образом, образуются микро-, мезо- и макроструктуры, причем микродисперсный композит при получении макродисперсного композита участвует в формировании последнего. Оптимальным структурам при этом соответствуют повышенные качественные показатели вяжущего вещества и наполненных композитов с их применением [20].
Применительно к цементному камню Пауерс показано, что прочность его находится в прямой зависимости от степени гидратации цемента: Лцк = аа = 2380а3 кг/см2, где а = 2380 кг/см2 — прочность цемента при полной гидратации цемента; а — величина степени гидратации цемента. Обычно а = 0,5.. .0,6, поэтому фактическая прочность цементного камня значительно ниже теоретически возможной [20].
Применительно к цементному бетону В.Н. Сизов, Н.В. Свечин и другие отмечают, что бетон представляет собой сложную многофазную систему, состоящую из цементного камня с равномерно распределенными в нем включениями в виде зерен песка и крупного заполнителя. Цементный клей, цементирующий заполняющую часть по поверхностям контакта, образует в конгломерате каркас или «скелет» [20].
В наполненных композитах одновременно с развитием структуры в твердеющем тесте вяжущего протекают процессы по границам контакта с поверхностью заполняющей части. Под их влиянием происходит формирование структуры окаймляющих и омоноличивающих слоев вокруг зернистого заполняющего материала. Существенную роль в упрочнении оптимальных наполненных структур играют такие факторы, как избыточная поверхностная энергия, минимум пор в контактной зоне, хорошая адгезия между вяжущим и заполнителем и т.д. Все это определяется характером протекания различных реакций.
В процессе структурообразования цементных систем одну из определяющих ролей играет свойство воды [1]. Важным в этом случае является установление влияния активированной воды затворения на сохраняемость эффектов повышения прочности при введении мелких и крупных заполнителей.
Проведены экспериментальные исследования по установлению влияния мелкого и крупного заполнителя на формирование прочности цементных ком -позитов на активированной воде затворения. Для этого были изготовлены образцы из цементного теста, строительного раствора и бетонной смеси. В качестве вяжущего использовали цемент производства Чеченского цементного завода, мелкого заполнителя — кварцевый песок с Мкр = 2, крупного заполнителя — гранитный щебень фракции 5.10. Вода затворения применялась активированная и не активированная. Вода активировалась по режимам: Э + М (1—1), Э + М (3—3) и Э + М (6—6) согласно [1]. Количество мелкого заполнителя в составах раствора было выбрано из соотношения 1 : 3, а состав бетона был принят из соотношения 1 : 1,053 : 1,789 (цемент : кварцевый песок : гранитный щебень). В каждом случае приготавливали равноподвижные составы. Результаты испытаний приведены в табл. 4—6.
ВЕСТНИК
МГСУ-
12/2014
Из результатов исследования следует, что для всех материалов — цементного камня, раствора и бетона — характерно повышение прочности в случаях применения активированной воды затворения, которые можно регулировать с помощью различных методов активации: механических, магнитного и ультразвукового поля и т.д. [1—3]. К настоящему времени теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены возможность и целесообразность получения эффективных цементных композитов с применением воды затворения, активированной электрическим током и магнитным полем с применением современных приборов и оборудования. Разработаны приборы и оборудование для магнитной и электрохимической активации воды воздействием электрического тока (АЭ-1,016 «Максмир») и магнитного поля (УПОВС-1 «Максмир»), использование которых позволяет регулировать процесс активации и получать водные растворы с эффективными параметрами.
Табл. 4. Прочность при сжатии и изгибе цементного камня в различные сроки твердения
Режим активации 3 сут твердения 7 сут твердения 28 сут твердения
R , МПа сж' R г МПа изг R , МПа сж' R г МПа изг7 R , МПа сж' R г, МПа изг
Не активен 48,50 10,57 61,10 11,95 79,50 15,50
Э+М (1—1) 52,38 10,67 69,00 13,15 96,20 18,00
Э+М (3—3) 50,90 11,55 67,21 13,63 91,40 18,00
Э+М (6—6) 49,00 12,54 70,30 13,03 100,20 15,50
Табл. 5. Прочность при сжатии и изгибе раствора в различные сроки твердения
Режим 3 сут твердения 7 сут твердения 28 сут твердения
активации R , МПа сж R г МПа изг R , МПа сж' R г МПа изг R , МПа сж' R г МПа изг
Не активен 11,00 7,50 24,00 8,57 26,50 9,55
Э+М (1—1) 11,00 7,64 25,68 9,00 27,60 10,51
Э+М (3—3) 11,22 7,62 26,40 8,83 28,40 10,70
Э+М (6—6) 13,75 8,10 30,72 9,17 29,20 10,22
Табл. 6. Прочность при сжатии и изгибе бетонов в различные сроки твердения
Режим 3 сут твердения 7 сут твердения 28 сут твердения
активации R , МПа сж R , МПа изг R , МПа сж' R , МПа изг R , МПа сж' R , МПа изг
Не активен 32,25 5,83 38,04 6,82 46,42 8,04
Э+М (1—1) 35,54 6,35 41,88 7,16 55,40 8,37
Э+М (3—3) 32,29 6,05 47,29 7,10 63,25 8,15
Э+М (6—6) 32,83 6,24 43,33 7,25 53,17 8,61
Таким образом, доказана возможность получения цементных композитов на активированной воде затворения и наполнителей месторождений Чеченской Республики с высокими физико-механическими свойствами.
Выводы. 1. Установлено, что цементные композиты, изготавливаемые с применением активированной воды затворения и наполнителей месторожде-
ний Чеченской Республики, обладают улучшенными физико-механическими показателями.
2. Введение наполнителей не приводит к изменению равномерности объема при твердении.
3. У цементного камня, строительного раствора и мелкозернистого бетона, приготовленных на активированной воде затворения, установлено повышение прочности по сравнению с не активированной водой затворения более чем на 10 %.
Библиографический список
1. Баженов Ю.М., Федосов С.В., Ерофеев В. Т., Матвиевский А.А., Митина Е.А., Емельянов Д.В., Юдин П.В. Цементные композиты на основе магнитно- и электрохимически активированной воды затворения. Саранск : Изд-во Мордовского университета, 2011. 128 с.
2. Баженов Ю.М., Фомичев В. Т., Ерофеев В.Т., Федосов С.В., Матвиевский А.А., Осипов А.К., Емельянов Д.В., Митина Е.А., Юдин П.В. Теоретическое обоснование получения бетонов на основе электрохимически- и электромагнитноактивиро-ванной воды затворения // Интернет-Вестник ВолгГАСУ Серия: Политематическая. 2012. Вып. 2 (22). С. 4. Режим доступа: http://vestnik.vgasu.ru/attachments/1_ BazhenovFomichev-2012_2(22).pdf. Дата обращения: 15.07.2014.
3. Ерофеев В. Т., Фомичев В. Т., Емельянов Д.В., Родин А.И., Еремин А.В. Влияние активированной воды затворения на структурообразование цементных паст // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2013. Вып. 30 (49). С. 179—183.
4. Калашников В.И., Ерофеев В.Т., Мороз М.Н., Троянов И.Ю., Володин В.М., Суздальцев О.В. Наногидросиликатные технологии в производстве бетонов // Строительные материалы. 2014. № 5. С. 88—91.
5. Юнг В.Н. Основы технологии вяжущих веществ. М. : Госстройиздат, 1951. С. 509—511.
6. Каприелов С.С., Травуш В.И., Карпенко Н.И., Шейнфельд А.В., Кардумян Г.С., Киселева Ю.А., Пригоженко О.В. Модифицированные бетоны нового поколения в сооружениях ММДЦ «Москва-Сити» // Строительные материалы. 2006. № 10. С. 13—18.
7. Энтин З.Б., Хомич В.Х., Рыжов Л.К., Олейникова Н.И., Цейтлин Ф.А., Малинина Л.А., Бруссер М.И., Довжик В.Г., Левин Л.И., Подлесных В.А., Исупова О.А., Гордон А.Э., Никулин Л.И., Юдовин М.Э. Экономия цемента в строительстве / под ред. З.Б. Энтина. М. : Стройиздат, 1985. 222 с.
8. Тахиров М.К. Роль природы поверхности в процессах структурообразования цементной композиции с волокнистым наполнителем // МИИТ. Труды. Вып. 902. Новое в строительном материаловедении : межвуз. сб. / под ред. В.И. Соломатова. М. : МИИТ, 1997. С. 48—51.
9. Адамцевич А.О., Пустовгар А.П., Еремин А.В., Пашкевич С.А. Исследование влияния формиата кальция на процесс гидратации цемента с учетом фазового состава и температурного режима твердения // Строительные материалы. 2013. № 7. С. 59—62.
10. 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.
11. Зозуля П.В. Карбонатные породы как заполнители и наполнители, в цементах, цементных растворах и бетонах // Гипроцемент-наука. Режим доступа http://www. giprocement.ru/about/articles.html/p=25. Дата обращения: 06.10.2009.
12. Чехов А.П., Сергеев А.М., Дибров Г.Д. Справочник по бетонам и растворам. 3-е изд., перераб. и доп. Киев : Будiвельник, 1983. С. 34—35.
ВЕСТНИК лцчплл
МГСУ_12/20^4
13. Lothenbach B., Le Saout G., Ben Haha M., Figi R., WielandE. Hydration of a low-alkali CEM III/B-SiO2 cement (LAC) // Cement and Concrete Research. 2012. Vol. 42. No. 2. Pp. 410—423.
14. 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.
15. 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. 2011. Vol. 41. Pp. 1208—1223.
16. 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.
17. 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.
18. 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. Pp. 158—165.
19. Сторк Ю. Теория состава бетонной смеси / пер. со словац. М.А. Смысловой. Л. : Стройиздат, 1971. 238 с.
20. Hewlett P. Lea's Chemistry of Cement and Concrete. Butterworth-Heinemann, 2003. 1092 p.
Поступила в редакцию в октябре 2014 г.
Об авторах: 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];
Балатханова Элита Махмудовна — соискатель кафедры строительных материалов и технологий, 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];
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];
Емельянов Денис Владимирович — кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры строительных материалов и технологий, Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва (ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П. Огарёва»), 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68, [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, [email protected];
Карпушин Сергей Николаевич — аспирант кафедры строительных материалов и технологий, Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва (ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П. Огарёва»), 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68, [email protected].
Для цитирования: Ерофеев В. Т., Баженов Ю.М., Балатханова Э.М., Митина Е.А., Емельянов Д.В., Родин А.И., Карпушин С.Н. Получение и физико-механические свойства цементных композитов с применением наполнителей и воды затворения месторождений Чеченской Республики // Вестник МГСУ 2014. № 12. С. 141—151.
V.T. Erofeev, Yu.M. Bazhenov, E.M. Balatkhanova, E.A. Mitina, D.V. Emel'yanov, A.I. Rodin, S.N. Karpushin
OBTAINING AND PHYSICAL MECHANICAL PROPERTIES OF CEMENT COMPOSITES WITH THE USE OF FILLERS AND MIXING WATER FROM THE CHECHEN REPUBLIC FIELDS
Improving physical mechanical and operational properties of concretes and other composite materials is one of the most important tasks in construction material science. At the present time various methods are applied for that, which includes the use of additives, composite binders, activated mixing water, etc.
Composite construction materials based on cement binders with mineral additives are widelu used, because they possess improved physical mechanical and technological properties. Implementation of additives improve placeability and nonsegregation factors of concrete and mortar mixes, lead to compaction of concrete and mortars structure. The additives substantially lower heat generation of concretes, which is of great importance in concrete casting of large structures.
The article presents the results of experimental studies of cement composites filled with powders of rocks and mixable with activated water from the deposits of the Chechen Republic. The soundness of cement compositions with the additives of mountain and river limestone, sandstone and quartz sand was established. The results of experimental studies on establishing the effect of fine and coarse aggregate on strength formation of cement composites activated by water mixing were presented.
Key words: cement composite, physical mechanical properties, fillers, activated mixing water, strength.
References
1. Bazhenov Yu.M., Fedosov S.V., Erofeev V.T., Matvievskiy A.A., Mitina E.A., Emel'yanov D.V., Yudin P.V. Tsementnye kompozity na osnove magnitno- i elektrokhimicheski aktivi-rovannoy vody zatvoreniya [Cement Composites on the Basis of the Magnetic and Electrochemical Activated Mixing Water]. Saransk, Mordovia University Publ., 2011, 128 p. (In Russian)
2. Bazhenov Yu.M., Fomichev V.T., Erofeev V.T., Fedosov S.V., Matvievskiy A.A., Osi-pov A.K., Emel'yanov D.V., Mitina E.A., Yudin P.V. Teoreticheskoe obosnovanie polucheniya betonov na osnove elektrokhimicheski- i elektromagnitnoaktivirovannoy vody zatvoreniya [Theoretical Justification of Obtaining Concretes on a Basis of Electrochemical and electro-magnetically-driven Water]. Internet-Vestnik VolgGASU. Sena: Politematicheskaya [Internet Proceedings of Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering. Series: Poly-tematic]. 2012, vol. 2 (22), p. 4. Available at: http://vestnik.vgasu.ru/attachments/1_Bazhenov-Fomichev-2012_2(22).pdf/. Date of access: 15.07.2014. (In Russian)
3. Erofeev V.T., Fomichev V.T., Emel'yanov D.V., Rodin A.I., Eremin A.V. Vliyanie ak-tivirovannoy vody zatvoreniya na strukturoobrazovanie tsementnykh past [Influence of the Activated Water on Structurization of Cement Pastes]. Vestnik Vestnik Volgogradskogo gosu-darstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Seriya: Stroitel'stvo i arkhitektura [Proceedings of Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering. Series: Construction and Architecture]. 2013, vol. 30 (49), pp. 179—183. (In Russian)
BECTHMK
MfCY_12/2014
4. Kalashnikov V.I., Erofeev V.T., Moroz M.N., Troyanov I.Yu., Volodin V.M., Suzdal'-tsev O.V.Nanogidrosilikatnye tekhnologii v proizvodstve betonov [Nanohydrosilicate Technologies for Production of Concretes]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2014, no. 5, pp. 88—91. (In Russian)
5. Jung V.N. Osnovy tekhnologii vyazhushchikh veshchestv [Bases of the Technology of Binding Substances]. Moscow, Gosstroyizdat Publ., 1951, pp. 509—511. (In Russian)
6. Kaprielov S.S., Travush V.I., Karpenko N.I., Sheynfel'd A.V., Kardumyan G.S., Kisele-va Ya.A., Prigozhenko O.V. Modifitsirovannye betony novogo pokoleniya v sooruzheniyakh MMDTs «Moskva-Siti» [Modified Concretes of New Generation in the Constructions of Business Centre "Moscow City"]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2006, no. 10, pp. 13—18. (In Russian)
7. Entin Z.B., Khomich V.Kh., Ryzhov L.K. i dr. Ekonomiya tsementa v stroitel'stve [Economy of Cement in Construction]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1985, 222 p. (In Russian)
8. Takhirov M.K. Rol' prirody poverkhnosti v protsessakh strukturoobrazovaniya tse-mentnoy kompozitsii s voloknistym napolnitelem [Role of the Surface Nature in the Processes of Structurization of Cement Composition with a Fibrous Filler]. MIIT. Trudy [Moscow State University of Railway Engineering. Works]. Vyp. 902. Novoe v stroitel'no materialovedenii : mezhvuzovskiy sbornik [No. 902. New in Construction Material Science : Interuniversity Collection]. V.I. Solomatov, editor . Moscow, MIIT Publ., 1997, pp. 48—51. (In Russian)
9. Adamtsevich A.O., Pustovgar A.P., Eremin A.V., Pashkevich S.A. Issledovanie vliya-niya formiata kal'tsiya na protsess gidratatsii tsementa s uchetom fazovogo sostava i temper-aturnogo rezhima tverdeniya [Research of the Influence of Calcium Formate on the Process of Cement Hydration with Account for the Phase Structure and Temperature Mode of Curing]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2013, no. 7, pp. 59—62. (In Russian)
10. 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 the Formation of Phase Composition of a Cement Stone Structure]. Regional'naya arkhitektura i stroitel'stvo [Regional Architecture and Construction]. 2013, no. 2, pp. 26—31. (In Russian)
11. Zozulya P.V. Karbonatnye porody kak zapolniteli i napolniteli, v tsementakh, tsement-nykh rastvorakh i betonakh [Carbonate Breeds as Aggregates and Fillers, in Cements, Cement Mortars and Concretes]. Giprotsement-nauka [Giprotsement Science]. Available at http://www. giprocement.ru/about/articles.html/p=25/. Date of access: 06.10.2009. (In Russian)
12. Chekhov A.P., Sergeev A.M., Dibrov G.D. Spravochnikpo betonam i rastvoram [Reference Book on Concretes and Solutions]. 3rd edition, revised and enlarged. Kiev, Budivel'nik Publ., 1983, pp. 34—35. (In Russian)
13. Lothenbach B., Le Saout G., Ben Haha M., Figi R., Wieland E. 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.
14. 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.
15. 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. 2011, vol. 41, no. 12, pp. 1208—1223. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconres.2010.09.011.
16. 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.
17. 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.
18. 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, pp. 158—165. DOI: 10.10.16/j.cemcoures.2011.09.005.
19. Stork Yu. Teoriya sostava betonnoy smesi [Theory of Concrete Mix Composition]. Transl. from Slovakian by M.A. Smyslova. Leningrad, Stroyizdat Publ., 1971, 238 p. (In Russian)
20. Hewlett P. Lea's Chemistry of Cement and Concrete. Butterworth-Heinemann, 2003. 1092 p.
About the authors: 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];
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; AL_Rodin@ mail.ru;
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];
Emel'yanov Denis Vladimirovich — Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer, Department of Construction Materials and Technologies, Ogarev Mordovia State University (MGU im. Ogareva), 68 Bol'shevistskaya str., Saransk, 430005, Russian Federation; [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; [email protected];
Karpushin Sergey Nikolaevich — postgraduate student, Department of Construction Materials and Technologies, Ogarev Mordovia State University (MGU i m. Ogareva), 68
Bol'shevistskaya str., Saransk, 430005, Russian Federation; +7 (987) 692-36-98, [email protected].
For citation: Erofeev V.T., Bazhenov Yu.M., Balatkhanova E.M., Mitina E.A., Emel'yanov D.V., Rodin A.I., Karpushin S.N. Poluchenie i fiziko-mekhanicheskie svoystva tsement-nykh kompozitov s primeneniem napolniteley i vody zatvoreniya mestorozhdeniy Chech-enskoy Respubliki [Obtaining and Physical Mechanical Properties of Cement Composites with the Use of Fillers and Mixing Water from the Chechen Republic Fields]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2014, no. 12, pp. 141—151. (In Russian)
