Научная статья на тему 'Разработка технологии и метода использования наносистем при производстве строительных материалов, структурно-логическая схема исследований'

Разработка технологии и метода использования наносистем при производстве строительных материалов, структурно-логическая схема исследований Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
52
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МОДИФіКУЮЧі ДОБАВКИ / СТРУКТУРА / НАНОДИСПЕРСНі ДОБАВКИ / КРИСТАЛИ / ВУГЛЬНі НАНОТРУБКИ / ТАВРіТ / ПЛАСТИФіКАТОР / МОДИФИЦИРУЮЩИЕ ДОБАВКИ / НАНОДИСПЕРСНЫЕ ДОБАВКИ / КРИСТАЛЛЫ / УГОЛЬНЫЕ НАНОТРУБКИ / ТАВРИТ / ПЛАСТИФИКАТОР / MODIFYING ADDITIVES / STRUCTURE / NANO DISPERSIVE ADDITIVES / CRYSTALS / CARBON NANOTUBES / PLASTICIZER

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Деревянко В.Н., Мосьпан В.И.

Использование модифицирующих добавок является эффективным средством целенаправленного воздействия на свойства вяжущих веществ. Большое количество публикаций посвящено изучению этих проблем, однако многие аспекты влияния добавок еще не известны, полученные результаты не систематизированы, и их пока что невозможно выразить в аналитической форме комплексного характера их действия. Постановка проблемы. Структура искусственного камня, образующегося при твердении вяжущего вещества. Этот процесс взаимосвязан с процессом гидратации, для него характерна смена структурных состояний, при которых преобладают межчастичные контакты определенного типа. Оказывать управляющее воздействие на процессы гидратации и твердение возможно только при правильном понимании их механизма. Путем направленного изменения структуры, в частности, адсорбционного модифицирования, можно добиться существенного улучшения физико-механических и эксплуатационных характеристик. Цель работы было установление различий в формировании модифицированной структуры гипсовой матрицы при совместном действии микрои нанодисперсных добавок в присутствии пластификатора, а также их влияния на функциональные и технологические характеристики. Скорость процесса растворения и роста твердой системы зависит от начальной концентрации вещества, удельной поверхности, константы скорости процесса и градиента концентрации раствора на поверхности частиц в объеме вещества. Методы. Решение задачи оптимальной модификации требует выявления зависимости между видом, концентрацией, составом, способом введения модифицирующих добавок и получаемыми функциональными характеристиками вяжущего материала. Результаты свидетельствуют о том, что скорость и форма образующихся кристаллов существенно меняются при наличии в растворе пластификатора и ультрадисперсных частиц. Результаты. При добавлении в гипсовую систему ультраи наноразмерных частиц из-за повышенной удельной поверхности последних увеличивается концентрация точечных контактов и изменяется кинетика образования. Возникают контактноконденсационные связи, образование которых стимулируется наличием в системе наноразмерных частиц, при этом фиксация частиц переходит с дальней коагуляции в ближнюю. Топология структуры, скорость и форма зарождения кристаллов существенно меняются при изменении условий твердения (температура, водотвердое отношение, рН, давление). Взаимосвязь между строением кристаллической решетки сульфата кальция и механизмом роста в присутствии модифицирующих добавок следует из кристаллохимического анализа структуры гипсовых вяжущих. То есть, в зависимости от вида добавки можно интенсифицировать или, наоборот, замедлить скорость роста соответствующих граней кристалла, что приведет к изменению формы кристалла, и соответственно, физико-химических характеристик образованного твердого тела. Вывод. Исследование влияния добавок на формирование кристаллов продолжаются, но уже полученные результаты свидетельствуют о том, что скорость и форма образующихся кристаллов существенно меняются при наличии в растворе пластификатора и ультрадисперсных частиц.

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

DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY AND THE METHOD OF USE OF NANOSYSTEMS IN THE PRODUCTION OF CONSTRUCTION MATERIALS, STRUCTURALLY-LOGIC SCHEME OF RESEARCH

The use of modifying additives is an effective means of purposeful influence on the properties of binders. Introduction (Рroblem statement). It is only possible to have a control effect on the hydration and hardening processes with the correct understanding of their mechanism. Due to directional changes in the structure, in particular adsorption modification, it is possible to achieve a significant improvement in physical, mechanical and operational characteristics. The purpose of the article is to establish differences in the formation of the modified structure of the gypsum matrix in the joint action of microand nano dispersive additives in the presence of a plasticizer, as well astheir impact on the functional and technological characteristics. Methods . The solution of the problem of optimal modification requires the identification of the relationship between the type, concentration, composition, method of introduction of modifying additives and the resulting functional characteristics of the binder. Results. The results indicate that when ultra and nano scale particles are added to the gypsum system due to the increased specific surface area of the latter, the concentration of point contacts increases and the kinetics of formation changes. Contactcondensation contacts arise, the formation of which is stimulated by the presence of nano scale particles in the system, while the fixation of the particles passes from the distant coagulation to the near one. That is, depending on the type of additive, it is possible to intensify or, conversely, slow the growth rate of the corresponding crystal faces, which will lead to a change in the shape of the crystal, and accordingly, the physical and chemical characteristics of the solid formed. Conclusion. The study of the effect of additives on the formation of crystals continues, but these results indicate that the speed and shape of the crystals formed varies significantly in the presence of a plasticizer in the solution and ultradispersed particles.

Текст научной работы на тему «Разработка технологии и метода использования наносистем при производстве строительных материалов, структурно-логическая схема исследований»

УДК 624.012.3:620.179.16

DOI: 10.30838/J.BPSACEA.2312.300819.17.506

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГИ I МЕТОДУ ВИКОРИСТАННЯ НАНОСИСТЕМ У ВИРОБНИЦТВ1 БУД1ВЕЛЬНИХ МАТЕР1АЛ1В, СТРУКТУРНО-ЛОГ1ЧНА СХЕМА ДОСЛ1ДЖЕНЬ

ДЕРЕВ'ЯНКО В. М.1, д. т. н, проф., МОСЬПАН В. I.2*, к. т. н, доц.

1 Кафедра технологи будГвельних Marepianis, виробiв та конструкцш, Державний вищий навчальний заклад «Придтпровсъка державна aкaдeмiя будiвництвa та архггектури», вул. Чернишевського, 24-а, 49600, Дтпро, Украша, тел. +38 (056) 756-33-76, e-mail: dereviankoviktor@i.ua, ORCID ID: 0000-0002-3601-2594

2 Кафедра технологи буд1вельних мaтepiaлiв, вироб1в та конструкц1й, Державний вищий навчальний заклад «Придтпровсъка державна aкaдeмiя будiвництвa та apхiтeктуpи», вул. Чернишевського, 24-а, 49600, Дтпро, Украша, тел. +38 (056) 756-33-76, e-mail: vovamospan@i.ua, ORCID ID: 0000-0002-5359-9067

Анотаця. Використання модифжуючих добавок — ефективний 3aci6 цiлeспpямовaного впливу на влacгивоcгi в'яжучих речовин. Велика кглькють пyблiкaцiй присвячена вивченню цих проблем, проте багато acпeкгiв впливу добавок ще не вщомГ, огpимaнi результати не систематизоват i !х поки що неможливо висловити в aнaлiтичнiй формГ комплексного характеру !х ди. Постановка проблеми. Структура штучного каменю утворюеться тдчас твepдiння в'яжучо! речовини. Цей процес взаемопов'язаний Гз процесом пдратацп, для нього характерна змша структурних сташв, за яких переважають мГжчастинковГ контакти певного типу. Чинити керуючий вплив на процеси пдратацп i тверднення можливо лише за умови правильного розумшня !х мехашзму. Шляхом спрямовано! змши структури, зокрема, адсорбцшного модифГкування, можна домогтися Гстотного полшшення фГзико-мехатчних i експлуатацшних характеристик. Один з ефективних засобГв цшеспрямованого впливу на цг процеси - використання модифГкуючих добавок. Мета роботи - встановлення вгдмшностей у формувант модифГковано! структури гшсово! матриц за спшьно! ди мжро- та нанодисперсних добавок за присутносп пластифшатора, а також !х впливу на функцюнальт i технолопчт характеристики. Швидкгсть процесу розчинення i росту твердо! системи залежить вгд початково! концентраци речовини, питомо! поверхш, константи швидкосп процесу i градГента концентраци розчину на поверхт частинок в об'емГ речовини. Методи. Розвязання задачГ оптимально! модифшаци вимагае виявлення залежносл мГж видом, концентращею, складом, способом уведення модифГкуючих добавок i одержуваними функцюнальними характеристиками в'яжучого матерГалу. Результати сввдчать, що швидкгсть i форма утворюваних кристалГв Гстотно змГнюються за наявностГ в розчит пластифГкатора й ультрадисперсних частинок. Результати. У разГ додавання в гшсову систему ультра- i нанорозмГрних частинок через пгдвищену питому поверхню останшх збшьшуеться концентращя точкових контакпв i змГнюеться кгнетика утворення. Виникають контактно-конденсацшш зв'язки, утворення яких стимулюеться наявшстю в системГ нанорозмГрних частинок, при цьому фшсащя частинок переходить Гз дальньо! коагуляци у ближню. Тополопя структури, швидкгсть i форма зародження кристалГв ютотно змГнюються у разГ змши умов твердшня (температура, водо-тверде вщношення, рН, тиск). Взаемозв'язок мгж будовою кристатчно! решгтки сульфату калъцш i мехашзмом росту за присутносп модифшуючих добавок випливае з кристалохГмГчного аналГзу структури гшсових в'яжучих. Тобто залежно вгд виду добавки можна штенсифГкувати або, навпаки, уповГльнити швидкгсть росту вадповадних граней кристала, що виклиуае до змшу форми кристала, i вадповадно, фГзико-хгмГчних характеристик утвореного твердого тша. Висновок. Дослщження впливу добавок на формування кристалГв тривають, але вже цг отриман результати сввдчать, що швидшсть i форма утворюваних кристатв Гстотно змшюються за наявностГ в розчит пластифГкатора й ультрадисперсних частинок.

Ключовi слова: модифiкуючi добавки; структура; нанодисперсш добавки; кристали; вугльш нанотрубки; maepim; пластифжатор

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И МЕТОДА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НАНОСИСТЕМ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ, СТРУКТУРНО-ЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ИССЛЕДОВАНИЙ

ДЕРЕВЯНКО В. Н. 1, д. т. н., доц., МОСЬПАН В. И 2*, к. т. н, доц.

1 Кафедра технологии строительных материалов, изделий и конструкций, Государственное высшее учебное заведение «Приднипровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, 49600, Днипро, Украина, тел. +38 (056) 756-33-76, e-mail: dereviankoviktor@i.ua, ORCID ID: 0000-0002-3601-2594

2 Кафедра технологии строительных материалов, изделий и конструкций, Государственное высшее учебное заведение «Приднипровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, 49600, Днипро, Украина, тел. +38 (0562) 47-02-98, e-mail: vovamospan@i.ua, ORCID ID: 0000-0002-5359-9067

Аннотация. Использование модифицирующих добавок является эффективным средством целенаправленного воздействия на свойства вяжущих веществ. Большое количество публикаций посвящено изучению этих проблем, однако многие аспекты влияния добавок еще не известны, полученные результаты не систематизированы, и их пока что невозможно выразить в аналитической форме комплексного характера их действия. Постановка проблемы. Структура искусственного камня, образующегося при твердении вяжущего вещества. Этот процесс взаимосвязан с процессом гидратации, для него характерна смена структурных состояний, при которых преобладают межчастичные контакты определенного типа. Оказывать управляющее воздействие на процессы гидратации и твердение возможно только при правильном понимании их механизма. Путем направленного изменения структуры, в частности, адсорбционного модифицирования, можно добиться существенного улучшения физико-механических и эксплуатационных характеристик. Цель работы - было установление различий в формировании модифицированной структуры гипсовой матрицы при совместном действии микро- и нанодисперсных добавок в присутствии пластификатора, а также их влияния на функциональные и технологические характеристики. Скорость процесса растворения и роста твердой системы зависит от начальной концентрации вещества, удельной поверхности, константы скорости процесса и градиента концентрации раствора на поверхности частиц в объеме вещества. Методы. Решение задачи оптимальной модификации требует выявления зависимости между видом, концентрацией, составом, способом введения модифицирующих добавок и получаемыми функциональными характеристиками вяжущего материала. Результаты свидетельствуют о том, что скорость и форма образующихся кристаллов существенно меняются при наличии в растворе пластификатора и ультрадисперсных частиц. Результаты. При добавлении в гипсовую систему ультра- и наноразмерных частиц из-за повышенной удельной поверхности последних увеличивается концентрация точечных контактов и изменяется кинетика образования. Возникают контактно-конденсационные связи, образование которых стимулируется наличием в системе наноразмерных частиц, при этом фиксация частиц переходит с дальней коагуляции в ближнюю. Топология структуры, скорость и форма зарождения кристаллов существенно меняются при изменении условий твердения (температура, водотвердое отношение, рН, давление). Взаимосвязь между строением кристаллической решетки сульфата кальция и механизмом роста в присутствии модифицирующих добавок следует из кристаллохимического анализа структуры гипсовых вяжущих. То есть, в зависимости от вида добавки можно интенсифицировать или, наоборот, замедлить скорость роста соответствующих граней кристалла, что приведет к изменению формы кристалла, и соответственно, физико-химических характеристик образованного твердого тела. Вывод. Исследование влияния добавок на формирование кристаллов продолжаются, но уже полученные результаты свидетельствуют о том, что скорость и форма образующихся кристаллов существенно меняются при наличии в растворе пластификатора и ультрадисперсных частиц.

Ключевые слова: модифицирующие добавки; структура; нанодисперсные добавки; кристаллы; угольные нанотрубки; таврит; пластификатор

DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY AND THE METHOD OF USE OF NANOSYSTEMS IN THE PRODUCTION OF CONSTRUCTION MATERIALS, STRUCTURALLY-LOGIC SCHEME OF RESEARCH

DEREVIANKO V.M.1, Dr. Sc. (Tech.), Prof., MOSPAN V.I.2*, Cand. Sc. (Tech.), Ass. Prof.

1 Department of Technology of Building Materials, Products and Structures, State Higher Educational Institution "Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture", 24-A, Chernyshevskoho St., 49600, Dnipro, Ukraine, tel. +38 (056) 756-33-76, e-mail: dereviankoviktor @i.ua, ORCID ID: 0000-0002-3601-2594

2 Department of Technology of Building Materials, Products and Structures, State Higher Educational Institution "Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture», 24-A, Chernyshevskoho St., 49600, Dnipro, Ukraine, tel. +38 (056) 756-33-76, e-mail vovamospan@i.ua, ORCID ID: 0000-0002-5359-9067

Abstract. The use of modifying additives is an effective means of purposeful influence on the properties of binders. Introduction (Ргoblem statement). It is only possible to have a control effect on the hydration and hardening processes with the correct understanding of their mechanism. Due to directional changes in the structure, in particular adsorption modification, it is possible to achieve a significant improvement in physical, mechanical and operational characteristics. The purpose of the article is to establish differences in the formation of the modified structure of the gypsum matrix in the joint action of micro- and nano dispersive additives in the presence of a plasticizer, as well as

their impact on the functional and technological characteristics. Methods. The solution of the problem of optimal modification requires the identification of the relationship between the type, concentration, composition, method of introduction of modifying additives and the resulting functional characteristics of the binder. Results. The results indicate that when ultra - and nano scale particles are added to the gypsum system due to the increased specific surface area of the latter, the concentration of point contacts increases and the kinetics of formation changes. Contact-condensation contacts arise, the formation of which is stimulated by the presence of nano scale particles in the system, while the fixation of the particles passes from the distant coagulation to the near one. That is, depending on the type of additive, it is possible to intensify or, conversely, slow the growth rate of the corresponding crystal faces, which will lead to a change in the shape of the crystal, and accordingly, the physical and chemical characteristics of the solid formed. Conclusion. The study of the effect of additives on the formation of crystals continues, but these results indicate that the speed and shape of the crystals formed varies significantly in the presence of a plasticizer in the solution and ultradispersed particles.

Keywords: modifying additives; structure; nano dispersive additives; crystals; carbon nanotubes; plasticizer

Постановка проблеми. Властивост в'яжучих речовин та !х розчишв визначаються хiмiчним, мшералопчним, гранулометричним складом, водо-твердим вщношенням, кшькютю активних модифшуючих добавок та шшими факторами. Не менш важливу роль ввдграють процеси пдратацп i тверднення, формування структури на мшро- i макрорiвнях у гшсовш матрищ, швидкють зародження, росту i розташування кристалiв, характер порового

простору [1-3].

Один з ефективних засобiв цшеспрямованого впливу на щ процеси -використання модифшуючих добавок. Розв'язання задачi оптимально! модифшаци вимагае виявлення залежносп мiж видом, концентращею, складом, способом уведення модифшуючих добавок i одержуваними функцюнальними характеристиками

в'яжучого матерiалу.

Анал1з останшх дослщжень та публжацш. Велика кшьюсть публiкацiй присвячена вивченню цих проблем, проте багато аспектiв впливу добавок ще не вiдомi, отримаш результати не систематизованi i !х поки що неможливо висловити в анал^ичнш формi комплексного характеру !х дп.

Структура штучного каменю утворюеться пiд час твердiння в'яжучо! речовини. Цей процес взаемопов'язаний з процесом пдратацп, для нього властива змша структурних сташв, за яких переважають мiжчастиннi контакти певного типу. Чинити керуючий вплив на процеси пдратацп i тверднення можливо лише за умови правильного розумшня !х мехашзму.

За допомогою спрямовано! змiни структури, зокрема, адсорбцшного модифiкування, можна домогтися iстотного полiпшення фiзико-механiчних i експлуатацшних характеристик [4; 5].

Мета та завдання. Численними дослщженнями встановлено, що вплив модифiкаторiв починаеться вже на стадп пдратацп в'яжучого, який, як вщомо, включае не тiльки !х хiмiчну взаемодiю з водою з утворенням гщратних фаз, а i супутнi цьому фiзичнi, фiзико-хiмiчнi, коло!дно-хiмiчнi процеси, що включають розчинення, гiдролiз i забезпечують, за дотримання певних умов, схоплювання, твердiння i утворення структури певно! мiцностi i пористость Для в'яжучих систем у процес пдратацп вщбуваеться постiйна змiна стану системи, за якого формуються пдратш фази рiзно! будови (призми, пластинки, волокна, голки тощо), якi вносять певну невпорядковашсть у новосформовану структуру [6-11].

Мета роботи - становлення вщмшностей у формуванш модифiковано! структури ппсово! матрицi за спiльно! дп мiкро- та нанодисперсних добавок за присутносп пластифiкатора, а також !х впливу на функцiональнi i технолопчш

характеристики.

Швидкiсть процесу розчинення i росту твердо! системи залежить вщ початково! концентрацi! речовини, питомо! поверхнi, константи швидкосп процесу i градiента концентращ! розчину на поверхнi частинок в об'емi речовини [12].

Результати дослщжень. Ид час додавання в ппсову систему ультра-нанорозмiрних частинок через пщвищену

питому поверхню останшх збшьшуеться

K0нцентрацiя ТОЧКОВИХ контакПв i

змшюеться кiнетикa утворення. Виникають контaктно-конденсaцiйнi зв'язки, утворення яких стимулюеться нaявнiстю в OTCTeMi нaнорозмiрних частинок, при цьому фшсащя частинок переходить i3 дальньо'1 коагуляци у ближню. Топологiя структури, швидкють i форма зародження кристaлiв iстотно змiнюються за змiни умов твердшня (температура, водо-тверде вiдношення, рН, тиск).

Водо-твердое отношение

температура

:

i

давление

Топология структуры

Скорость зарождения кристаллов

Форма кристаллов

Рис. 1. Топологгя структури, швидюсть i форма зародження Kpucmcmie / Fig. 1. Topology of structure, velocity and form of crystal formation

Взаемозв'язок мiж будовою кристaлiчноï' решпки сульфату кальщю i мехашзмом росту за присутност модифiкуючих добавок випливае з кристaлохiмiчного aнaлiзу структури ппсових в'яжучих [13-17].

• Кристали двоводного ппсу мають добре розвиненi граш (110), (010), (111), але штенсившсть адсорбцп з розчину структурних елеменпв Са2+ i [SO4]2- рiзнa для рiзних граней, тому морфологiя кристaлiв змiнюеться залежно вiд кристaлоутвiрного середовища (рис. 2).

• Адсорбцiя модифiкaторiв можлива:

- на гранях кристaлiв, що мають нaйбiльшу поверхневу енерпю. Так, наприклад, полiмери адсорбуються переважно на гранях {111} i {011}, i тим самим знижують швидкють зародкоутворення:

- на позитивно або негативно заряджених площинах кристaлiв (що характерно для ПАР).

Тобто залежно вщ виду добавки можна штенсифшувати або, навпаки, уповшьнити швидкiсть росту вщповщних граней кристала, що викличе до змши форми

кристала, i вщповщно, фiзико-хiмiчнi характеристики утвореного твердого тша.

Дослiдженнями встановлено, що у рaзi введення лiгносульфонaтiв i гiдроксиду кальщю адсорбцшне модифiкувaння обмежуе рiст кристaлiв за ïx активну межу, збшьшуе кiлькiсть зaродкiв кристaлiв i зменшуе розмiри двоугiдрaту. В умовах лужного середовища посилюються процеси блокування активних граней,. тобто розвиток отримуе пластинчаста форма кристaлiв.

Crystallographic structure of Gypsum

• m ЯГ^ m я' » m 5

Pedersen (1982)

и

Forms of gypsum crystal

(010}, (120}. (Ofl)

(010}, ¡011) {-102), prisms (hkO} ContaelTwIn en (001}

Рис. 2. Зм1на морфологИ кристалгв залежно eid кристалотвгрного середовища /Fig. 2. The change in the morphology of crystals depending on the crystalline medium

За модифшаци вуглецевими

нанотрубками останш розташовуються по краях окремих кристалiв пдросилша^в кальщю, сприяючи заповненню мiкропустот i з'еднанню ix мiж собою. При цьому ВНТ меншо'1 довжини пов'язують структурнi утворення, розташоваш одне вiд одного на вщсташ не бiльше одного мiкрона, в той час як довп нанотрубки скрiплюють бiльш вiддаленi кристалiти.

Таким чином, дослщження дii адсорбцiйного модифшування за комплексного впливу мiкро- i наномодифiкаторов i пластифiкатора дозволить установити залежшсть мiж спрямованих на рют кристалiв i змiн характеристик матрищ, тобто спрямовано регулювати властивостi ппсових в'яжучих.

Як основне в'яжуче використовувався гшс будiвельний Г-4 Ш-П ДСТУ Б В.2.7-82:2010 (м. Кам'янець-Подшьськ)

За ультрадисперсну добавку в робот використовували таурит сланцевий тонкодисперсний ТС-Д (Республiка Казахстан). Насипна щшьшсть 493 г/дм .

Як нанодисперсш добавки

застосовували багатошаровi вуглецевi нанотрубки (ВНТ), вуглецевГ колощш частинки (ВКЧ), отриманi ультразвуковим диспергуванням коксового пилу у виглядi гiдрозолi з концeнтрацieю частинок 0,075 г/л.

Для отримання стш^' водноï' дисперсп наночастинок i подальшого рiвномiрного розподiлy нанодобавок у гiпсовiй матриц використовували сyпeрпластифiкатор Sika на основi карбоксилатiв.

Gypsum plaster G4-H-!lc

f SfKur BrarikHJk

■ MÖiRi* С S£5ii* 1 СЛмЗЛ*

Рис. 3. Рентгенограма формування модифшованог структури гтсовог матрицi за стлъноИ дИ мiкро- та нанодисперсних добавок у присутностi пластифжатора, а також гх впливу на функцiоналънi i технологтт характеристики / Fig. 3. Radiography of the formation of a modified structure of gypsum matrix under the joint action of micro - and nanodispersed additives in the presence of plasticizer, as well as their influence on the functional and technological characteristics

Пщготовку зразюв модифшованого i немодифшованого гшсу проводили у вщповщносп з вимогами стандарту ДСТУ Б В.2.7-82:2010. Модифшуючу добавку таурит додавали до гшсового в'яжучого Г4 i ретельно перемшували до однорщного розподшу. Нанодобавки ВНТ i ВКЧ в необхщнш кiлькостi разом iз суперпластифшаторами додавали у воду замiсу i пiддавали ультразвуковому диспергуванню протягом 20 хв iз частотою 22 кГц.

Для дослщження впливу

кристалотвiрного середовища на форму

кристалiв застосували метод зyстрiчноï дифyзГï.

У випадку вирощуванш кристалiв гГпсу з насичених розчишв CaCl2 Na2SO4 без нанодобавок i пластифГкатора кристали виростали однорГдними, тонкими, голчастими, довжиною до 5 мм.

crystal gypsum, growing without additive

Рис. 4. Вирощет кристали гтсу з насичених розчишв CaCl2, Na2SO4 без нанодобавок i пластифкатора / Fig. 4. Gypsum crystals grown from saturated solutions of CaCl2, Na2SO4 without nanowires and plasticizer

У разi додавання в розчин пластифГкатора Sika форма i розмГри утворених кристалiв були абсолютно шшими, вщсутш поодиною кристали, спостeрiгався розкид у розмiрах: довжина варГювалася вщ 5 до 15 мм, товщина 1 мм, практично вс кристали були зрощеш в дузГ, що свГдчить про адсорбцiйномy взаeмодiю пластифГкатора з поверхнею кристала пГд час його росту. У процес росту було помГтно, що кристали мають загальну точку росту.

Додавання 5 % Са(ОН)2 блокувало рГст кристалiв, вони мали товсту аморфоподiбнy (3...5 мм) основу, на якш розташовувалися тонкГ голчастi кристали довжиною 3...4 мм. За зменшення концентрацп лугу до 2,5 % товщина основи зменшилася на 2...3 мм, довжина кристалiв збшьшилася на 5 мм (додати 1 % (Са(ОН)2).

За додавання пластифiкатора Sika i мiкродиспeрсноï' добавки таурит (2,5 %) спостeрiгалося формування трьох типГв кристалiв: перший тип - тонкГ прозорГ пластинчастi кристали у виглядГ ласпвчиного хвоста, характернГ для природного гшсу, другий - довп деревоподГбнГ кристали з довжиною

Висновки та перспективи подальших дослîджень. Дослщження впливу добавок на формування кристал1в тривають, але вже щ отримаш результаты свщчать, що швидкють i форма утворюваних кристал1в ютотно змшюеться за наявност в розчиш пластифшатора й ультрадисперсних частинок.

Дослщження спшьного впливу частинок рiзноï дисперсност (м1кро- i нанорозм1р1в) на формування структури i функщональш характеристики проводили з використанням комплексних добавок 2 титв: 1) тауриту i колоïдниx наночастинок (Г+Т+ВКЧ) i 2) тауриту i вуглецевих нанотрубок (Г+Т+ВНТ). Пщ час дослщження всх зразк1в у воду замку додавали суперпластифшатор Sika в кшькост 0,25 % (рис. 5).

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Aranda B. Effect of multiphasic structure of binder particles on the mechanical properties of a gypsum-based material

/ B. Aranda, O. Guillou, C. Lanos, C. Daiguebonne, S. Freslon, C. Tessier, M. Laurans, C. Baux // Construction and Building Materials. - Vol. 102. - 2016. - Pp. 175-181.

2. Gordina A. F. Calcium sulfate-based compositions modified with superdispersed additives / A. F. Gordina, Yu. V. Tokarev, G. N. Pervushin, A. F. Buryanov // Internationale Baustofftagung. - № 18. - Weimar, 2012. -Pp. 0733-0740.

3. Badens E. Crystallization of gypsum from hemihydrate in presence of additives / E. Badens, S. Veesler, R. Boistelle

// Journal of Crystal Growth. - № 198/199. - 1999. - Pp. 704-709.

4. Pundir Aakanksha. Evaluation of properties of gypsum plaster - superplasticizer blends of improved performance / Aakanksha Pundir, Mridul Garg // Randhir Singh Journal of Building Engineering. - № 4. - 2015. - Pp. 223-230.

5. Garg Mridul. Modifications in water resistance and engineering properties of b-calcium sulphate hemihydrate plaster-

superplasticizerblends / Mridul Garg, Aakanksha Pundir, Randhir Singh // Materials and Structures. - 2016. - № 49. - Рр. 3253-3263.

6. Aranda B. Effect of multiphasic structure of binder particles on the mechanicalproperties of a gypsum-based material

/ B. Aranda, O.Guillou, C. Lanos, C. Daiguebonne, S. Freslon, C. Tessier, M. Laurans, C. Baux // Construction and Building Materials. - № 102. - 2016. - Pp. 175-181.

7. Lorencik S. Applications of nano-ingredients in building materials / S. Lorencik, G. Quercia, A. Lazaro, Q. Yu, H. J. Brouwers // Ibausil 19. - Band 1. - 2015. - Pp. 265-280.

8. Bekmanssurov M. R. Gips verbund werk stoffe, modifiziert mit technogen ultradisperszusatzmitteln / M. R. Bekmanssurov, A. F. Gordina, I. S. Poljanskich, G. I. Jakovlev, H.-B. Fischer // Internationale Baustofftagung. - Weimar Bundesrepublik Deutschland. - Weimar : F.A. Finger-Institut fur Baustoffknude, Bauhaus-Universitat Weimar, 2015. - Band 2. - Pp. 645-652.

9. Zhang Xiaofei. Phase- and morphology-controlled crystallization of gypsum by using flue-gas-desulfurization gypsum solid waste / Xiaofei Zhang, Jinshu Wang, Junshu Wu, Xin-Jian Jia, Yucheng Du, Hongyi Li, Bingxin Zhao // Journal of Alloys and Compounds. - Vol. 674. - 2016. - Pp. 200-206.

10. Song K. M. Simultaneous monitoring of hydration kinetics, microstructural evolution, and surface interactions in hydrating gypsum plaster in the presence of additives / K. M. Song, J. Mitchell, H. Jaffel, L. F. Gladden // Journal of Material Science. - 2010. - № 45. - Pp. 5282-5290.

11. Adrien J. In-situ X-ray tomographic monitoring of gypsum plaster setting / J. Adrien, S. Meille, S. Tadier, E. Maire, L. Sasaki // Cement and Concrete Research. - № 82. - 2016. - Pp. 107-116.

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

12. Nilles V. Study of the retarding mechanism of linear sodium polyphosphates on a-calcium sulfate hemihydrate / V. Nilles, J. Plank // Cement and Concrete Research. - № 42. - 2012. - Pp. 736-744.

основного стовбура 15...17 мм, на якому розмщуються бшьш коротк кристали (до 5 мм) у вигляд1 гшлястих вщгалужень, третш тип - паличкопод1бш кристали довжиною до 5 мм, товщина 1 мм, з невеликими потовщеннями на краях.

Puc. 5. Bupoty.eni Kpucmanu eincy 3a dodaeanuM e po3uun maypumy /Fig. 5. Cultured gypsum crystals when added to a solution of taurite

BÎCHHK npngmnpoBCbKoi' gep^aBHOÏ aKageMiï 6ygÎBHH^TBa Ta apxrreKTypH, 2019, №4 (255-256) ISSN 2312-2676

13. Buryanov A. Modification of the structure and properties of gypsum materials carbon nanostructures / A. Buryanov, G. Yakovlev // Nanotechnology for green and sustainable construction : Proceedings of the II International Conference. - Cairo, Egypt, 2010. - Pp. 123-129.

REFERENCES

1. Aranda B., Guillou O., Lanos C., Daiguebonne C., Freslon S., Tessier C., Laurans M. and Baux C. Effect of multiphasic structure of binder particles on the mechanical properties of a gypsum-based material. Construction and Building Materials, no. 102, 2016, pp. 175-181.

2. Gordina A.F., Tokarev Yu.V., Pervushin G.N. and Buryanov A.F. Calcium sulfate-based compositions modified with

superdispersed additives. Internationale Baustofftagung, no. 18, Weimar, 2012, pp. 0733-0740.

3. Badens E., Veesler S. and Boistelle R. Crystallization of gypsum from hemihydrate in presence of additives. Journal

of Crystal Growth, no. 198/199, 1999, pp. 704-709.

4. Pundir Aakanksha and Garg Mridul. Evaluation of properties of gypsum plaster-superplasticizer blends of improved

performance. Randhir Singh Journal of Building Engineering, no. 4, 2015, pp. 223-230.

5. Garg Mridul and Pundir Aakanksha. Randhir Singh Modifications in water resistance and engineeringpropertiesof b-calcium sulphate hemihydrate plaster-superplasticizerblends. Materials and Structures, 2016, no. 49, pp. 32533263.

6. Aranda B., Guillou O., Lanos C., Daiguebonne C., Freslon S., Tessier C., Laurans M. and Baux C. Effect of multiphasic structure of binder particles on the mechanicalproperties of a gypsum-based material. Construction and Building Materials, no. 102, 2016, pp. 175-181.

7. Lorencik S., Quercia G., Lazaro A., Yu Q. and Brouwers H.J. Applications of nano-ingredients in building materials.

Ibausil 19, Band 1, 2015, pp. 265-280.

8. Bekmanssurov M.R., Gordina A.F., Poljanskich I.S, Jakovlev G.I. and Fischer H.-B. Gips verbund werk stoffe, modifiziert mit technogen ultradisperszusatzmitteln. Internationale Baustofftagung, 16-18 September, 2015 Weimar Bundesrepublik Deutschland. Weimar: F.A. Finger-Institut fur Baustoffknude, Bauhaus-Universitat Weimar 2015, Band 2, pp. 645-652.

9. Zhang Xiaofei, Wang Jinshu, Wu Junshu, Jia Xin-Jian, Du Yucheng, Li Hongyi and Zhao Bingxin. Phase- and morphology-controlled crystallization of gypsum by using flue-gas-desulfurization gypsum solid waste. Journal of Alloys and Compounds, no. 674, 2016, pp. 200-206.

10. Song K.M., Mitchell J., Jaffel H. and Gladden L.F. Simultaneous monitoring of hydration kinetics, microstructural evolution, and surface interactions in hydrating gypsum plaster in the presence of additives. Journal of Material Science, 2010, no. 45, pp. 5282-5290.

11. Adrien J., Meille S., Tadier S., Maire E. and Sasaki L., In-situ X-ray tomographic monitoring of gypsum plaster setting. Cement and Concrete Research, no. 82, 2016, pp. 107-116.

12. Nilles V. and Plank J. Study of the retarding mechanism of linear sodium polyphosphates on a-calcium sulfate hemihydrate. Cement and Concrete Research, no. 42, 2012, pp. 736-744.

13. Buryanov A. and Yakovlev G. Modification of the structure and properties of gypsum materials carbon nanostructures. Proceedings of the II International Conference "Nanotechnology for green and sustainable construction", Cairo, Egypt, 2010, pp. 123-129.

Hagmm.na go pega^n 25.07.2019 p.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.