Научная статья на тему 'РЕАКЦИОННОСПОСОБНОСТЬ И ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ КАК ФАКТОРЫ РЕЦЕПТУРНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК В ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИХ ЦЕМЕНТНЫХ МАТЕРИАЛАХ'

РЕАКЦИОННОСПОСОБНОСТЬ И ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ КАК ФАКТОРЫ РЕЦЕПТУРНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК В ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИХ ЦЕМЕНТНЫХ МАТЕРИАЛАХ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
35
7
Читать
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА «ЯДРО - ОБОЛОЧКА» / ДИОКСИД ТИТАНА / ПОДЛОЖКА ФОТОКАТАЛИЗАТОРА / САМООЧИЩАЮЩИЙСЯ ЦЕМЕНТНЫЙ МАТЕРИАЛ / МИНЕРАЛЬНАЯ ДОБАВКА / УДЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ / ФАЗОВЫЙ СОСТАВ / СТЕПЕНЬ КРИСТАЛЛИЧНОСТИ / РЕАКЦИОННОСПОСОБНОСТЬ / ИНДЕКС АКТИВНОСТИ

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Балыков Артемий Сергеевич, Кяшкин Владимир Михайлович, Володин Сергей Валерьевич

Актуальным направлением повышения эффективности титаноксидных фотокатализаторов для цементных систем является разработка композиционных модификаторов со структурой «ядро - оболочка» путем осаждения TiO2 на минеральные подложки (дисперсные носители). Зарубежный и отечественный опыт получения подобного рода композиционных модификаторов показывает первостепенное влияние типа носителя фотокаталитического агента на конечные параметры синтезируемого материала. Стоит отметить, что для качественной оценки эффективности подложки необходимо иметь данные о составе, параметрах структуры и физико-химических свойствах применяемого минерального сырья, в том числе и его активности в цементных системах. Цель данного исследования - установить закономерности влияния состава и параметров структуры 4 минеральных модификаторов на их активность в цементном материале (мелкозернистом бетоне) с выявлением наиболее перспективного сырья для дисперсных носителей фотокаталитических агентов в композициях «ядро - оболочка». Результаты исследования показали, что увеличение удельной поверхности и содержания SiO2 в составе наряду со снижением степени кристалличности структуры способствуют повышению реакционноспособности модификатора. Установлено, что наибольшей эффективностью в цементных системах обладают кремниевая и алюмосиликатная минеральные добавки - микрокремнезем и метакаолин. При этом выявленные физико-химические особенности указанных модификаторов (высокая дисперсность частиц, преобладание в структуре активных форм кремнезема и глинозема и, как следствие, повышенная активность) свидетельствуют о перспективности их использования в рецептуре самоочищающихся цементных материалов в качестве минеральной подложки для фотокатализаторов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Балыков Артемий Сергеевич, Кяшкин Владимир Михайлович, Володин Сергей Валерьевич

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

REACTIVITY AND STRUCTURAL FEATURES AS FACTORS OF PRESCRIPTION EFFECTIVENESS OF MINERAL ADDITIVES IN PHOTOCATALYTIC CEMENT MATERIALS

The development of composite modifiers with “core-shell” structure by deposition of TiO2 on mineral substrates (dispersed carriers) is important direction for improving the efficiency of titanium oxide photocatalysts for cement systems. Foreign and domestic experience in obtaining such composite modifiers shows the primary influence of the type of photocatalytic agent carrier on the final parameters of the synthesized material. It is worth noting that for qualitative assessment of the substrate effectiveness, it is necessary to have data on the composition, structure pa-rameters, and physico-chemical properties of the mineral raw materials used, including its activity in cement systems. The purpose of this study was to establish the patterns of influence of the composition and structure parameters of 4 mineral modifiers on their activity in cement material (fine-grained concrete) with the identification of the most promising raw materials for dispersed carriers of photocatalytic agents in “core-shell” compositions. The study results showed that an increase in the specific surface area and SiO2 content in the composition, along with a decrease in the crystallinity degree of structure, contribute to an increase in the modifier reactivity. It was found that silicon and aluminosilicate mineral additives, such as silica fume and metakaolin, are the most effective in cement systems. At the same time, the revealed physico-chemical features of these modifiers (high dispersity of particles, predominance of active forms of silica and alumina in the structure and, as a consequence, increased activity) indicate the prospects of their use in the formulation of self-cleaning cement materials as mineral substrate for photocatalysts.

Текст научной работы на тему «РЕАКЦИОННОСПОСОБНОСТЬ И ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ КАК ФАКТОРЫ РЕЦЕПТУРНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК В ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИХ ЦЕМЕНТНЫХ МАТЕРИАЛАХ»

Научная статья УДК 691.3; 691.54

ГРНТИ: 67.09 Строительные материалы и изделия ВАК: 2.1.5. Строительные материалы и изделия Сс1:10.51608/26867818_2023_3_58

РЕАКЦИОННОСПОСОБНОСТЬ И ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ КАК ФАКТОРЫ РЕЦЕПТУРНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК В ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИХ ЦЕМЕНТНЫХ МАТЕРИАЛАХ

© Авторы 2023 SPIN: 3977-7572 AuthorlD: 813269 ORCID: 0000-0001-9087-1608 ScopusID: 57190170885 ResearcherlD: AAF-4208-2020

SPIN: 3081-4059 AuthorID: 27869 ORCID: 0000-0002-3413-247X ScopusID: 7801669853 ResearcherID: AAE-1757-2019

SPIN: 9192-6495 AuthorID: 1119346 ORCID: 0000-0003-2018-4487 ScopusID: 25935452200 ResearcherID: ADG-0784-2022

БАЛЫКОВ Артемий Сергеевич

кандидат технических наук

старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории эколого-метеорологического мониторинга, строительных технологий и экспертиз

Национальный исследовательский Мордовский государственный

университет им. Н.П. Огарёва

(Россия, Саранск, e-mail: artbalrun@yandex.ru)

КЯШКИН Владимир Михайлович

кандидат физико-математических наук, доцент

доцент кафедры физического материаловедения

Национальный исследовательский Мордовский государственный

университет им. Н.П. Огарёва

(Россия, Саранск, e-mail: kyashkin@mail.ru)

ВОЛОДИН Сергей Валерьевич

студент

Национальный исследовательский Мордовский государственный

университет им. Н.П. Огарёва

(Россия, Саранск, e-mail: svolodin12@gmail.com)

Аннотация. Актуальным направлением повышения эффективности титаноксидных фотокатализаторов для цементных систем является разработка композиционных модификаторов со структурой «ядро - оболочка» путем осаждения ТЮ2 на минеральные подложки (дисперсные носители). Зарубежный и отечественный опыт получения подобного рода композиционных модификаторов показывает первостепенное влияние типа носителя фотокаталитического агента на конечные параметры синтезируемого материала. Стоит отметить, что для качественной оценки эффективности подложки необходимо иметь данные о составе, параметрах структуры и физико-химических свойствах применяемого минерального сырья, в том числе и его активности в цементных системах. Цель данного исследования - установить закономерности влияния состава и параметров структуры 4 минеральных модификаторов на их активность в цементном материале (мелкозернистом бетоне) с выявлением наиболее перспективного сырья для дисперсных носителей фотокаталитических агентов в композициях «ядро - оболочка». Результаты исследования показали, что увеличение удельной поверхности и содержания БЮ2 в составе наряду со снижением степени кристалличности структуры способствуют повышению реакционноспособности модификатора. Установлено, что наибольшей эффективностью в цементных системах обладают кремниевая и алюмосиликатная минеральные добавки - микрокремнезем и метакаолин. При этом выявленные физико-химические особенности указанных модификаторов (высокая дисперсность частиц, преобладание в структуре активных форм кремнезема и глинозема и, как следствие, повышенная активность) свидетельствуют о перспективности их использования в рецептуре самоочищающихся цементных материалов в качестве минеральной подложки для фотокатализаторов.

Ключевые слова: фотокаталитическая система «ядро - оболочка»; диоксид титана; подложка фотокатализатора; самоочищающийся цементный материал; минеральная добавка; удельная поверхность; фазовый состав; степень кристалличности; реакционноспособность; индекс активности

Благодарности: исследование выполнено при финансовой поддержке стипендии Президента РФ молодым ученым и аспирантам на 2022-2024 гг., проект № СП-1000.2022.1.

Для цитирования: Балыков А.С., Кяшкин В.М., Володин С.В. Реакционноспособность и особенности строения как факторы рецептурной эффективности минеральных добавок в фотокаталитических цементных материалах // Эксперт: теория и практика. 2023. № 3 (22). С. 58-63. Сск10.51608/26867818_2023_3_58.

fi

Original article

REACTIVITY AND STRUCTURAL FEATURES AS FACTORS OF PRESCRIPTION EFFECTIVENESS OF MINERAL ADDITIVES

IN PHOTOCATALYTIC CEMENT MATERIALS

© The Author(s) 2023 BALYKOV Artemy Sergeevich

Candidate of Technical Sciences

Senior Researcher at the Research Laboratory of Ecological and Meteorological Monitoring,

Building Technologies and Expertises

National Research Mordovia State University

(Russia, Saransk, e-mail: artbalrun@yandex.ru)

KYASHKIN Vladimir Mikhailovich

Candidate of Physical-Mathematical Sciences, Associate Professor

Associate Professor at the Department of Physical Materials Science

National Research Mordovia State University

(Russia, Saransk, e-mail: kyashkin@mail.ru)

VOLODIN Sergey Valerievich

student

National Research Mordovia State University (Russia, Saransk, e-mail: svolodin12@gmail.com)

Abstract. The development of composite modifiers with "core-shell" structure by deposition of TiO2 on mineral substrates (dispersed carriers) is important direction for improving the efficiency of titanium oxide photocatalysts for cement systems. Foreign and domestic experience in obtaining such composite modifiers shows the primary influence of the type of photocata-lytic agent carrier on the final parameters of the synthesized material. It is worth noting that for qualitative assessment of the substrate effectiveness, it is necessary to have data on the composition, structure parameters, and physico-chemical properties of the mineral raw materials used, including its activity in cement systems. The purpose of this study was to establish the patterns of influence of the composition and structure parameters of 4 mineral modifiers on their activity in cement material (finegrained concrete) with the identification of the most promising raw materials for dispersed carriers of photocatalytic agents in "core-shell" compositions. The study results showed that an increase in the specific surface area and SiO2 content in the composition, along with a decrease in the crystallinity degree of structure, contribute to an increase in the modifier reactivity. It was found that silicon and aluminosilicate mineral additives, such as silica fume and metakaolin, are the most effective in cement systems. At the same time, the revealed physico-chemical features of these modifiers (high dispersity of particles, predominance of active forms of silica and alumina in the structure and, as a consequence, increased activity) indicate the prospects of their use in the formulation of self-cleaning cement materials as mineral substrate for photocatalysts.

Keywords: "core - shell" photocatalytic system; titanium dioxide; photocatalyst substrate; self-cleaning cement material; mineral additive; specific surface area; phase composition; degree of crystallinity; reactivity; activity index

Acknowledgments: the reported study was funded by scholarship of the President of the Russian Federation for young scientists and postgraduate students for 2022-2024, project No. SP-1000.2022.1.

For citation: Balykov A.S., Kyashkin V.M., Volodin S.V. Reactivity and structural features as factors of prescription effectiveness of mineral additives in photocatalytic cement materials // Expert: theory and practice. 2023. № 3 (22). Рр. 58-63. (In Russ.). doi:10.51608/26867818_2023_3_58.

Введение используемых индивидуально или объединяемых в

Актуальным направлением современного комплексы согласно принципам синергизма и адди-

строительного материаловедения является созда- тивности [8-15]. К специальной группе модификато-

ние высокофункциональных цементных систем, ха- ров относят фотокаталитические добавки, дающие

рактеризуемых многокомпонентным составом и возможность получать фотокаталитически активные

улучшенными эксплуатационными характеристи- цементные материалы, способные при облучении

ками [1-7]. Известно, что управление параметрами светом проявлять ряд положительных свойств, вклю-

структуры и достижение требуемого уровня свойств чая способность к самоочищению, разложению за-

таких материалов может обеспечиваться путем при- грязнителей атмосферного воздуха и др. [16-22].

менения модификаторов различного механизма К настоящему времени среди многочислен-

действия - органических или минеральных добавок, ных фотокатализаторов наиболее изученным и ак-

тивно используемым является ТЮ2 анатазной формы, характеризуемый химической стабильностью, нетоксичностью и особым строением структуры, обуславливающим его фотоактивность в ультрафиолетовой области спектра [16-17; 20-22]. Тем не менее, согласно литературным данным при использовании в составе цементных материалов фотокаталитическая эффективность ТЮг может быть снижена в силу ряда обстоятельств, включая сложность равномерного распределения наноразмерного порошка в объеме цементной композиции при малой дозировке фотокатализатора, а также узкий спектральный диапазон действия ТЮг, что требует его сенсибилизации к видимому свету и др.

Перспективным направлением улучшения свойств титаноксидных фотокатализаторов является разработка композиционных модификаторов со структурой «ядро - оболочка» путем осаждения ТЮг на минеральные подложки (дисперсные носители). В качестве подложек может использоваться минеральное сырье различного происхождения(природного, техногенное) и состава (кремнеземное, алюмо-силикатное, углеродное и др.) [22-27]. Применение дисперсных носителей позволяет повысить фотоактивность композиций «подложка - фотокатализатор» за счет увеличения площади активной поверхности ТЮ2 и его более равномерному распределению в объеме материала [22].

Зарубежный и отечественный опыт получения фотокаталитических систем «ядро - оболочка» для цементных материалов показывает первостепенное влияние типа носителя фотокаталитического агента на конечные параметры синтезируемого композиционного модификатора [23-26]. В связи с этим для качественной оценки эффективности подложки необходимо иметь данные о составе, параметрах структуры и физико-химических свойствах применяемого минерального сырья, в том числе и его активности в цементных системах.

Цель данного исследования - установить закономерности влияния состава и параметров структуры 4 минеральных модификаторов на их активность в цементном материале (мелкозернистом бетоне) с выявлением наиболее перспективного сырья для дисперсных носителей фотокаталитических агентов в композициях «ядро - оболочка».

Материалы и методы

Основным компонентом вяжущего в рецептуре цементных материалов являлся портландцемент (ПЦ) класса ЦЕМ I 42,5Б (ПАО «Мордовце-мент»). В качестве модификаторов использовались 4 минеральные добавки (МД) кремниевого, алюмоси-ликатного, сульфоалюминатного и карбонатного состава: микрокремнезем (МКЗМ) неуплотненный

конденсированный марки МК-85 (АО «Кузнецкие ферросплавы»), метакаолин (МТКН) марки МКЖЛ-2 (ООО «Пласт-Рифей»), модификатор сульфоалюми-натный расширяющий (РСАМ) (ООО «Парад Русь») и микрокальцит (МККТ) марки КМ100 (ООО «Полипарк») соответственно.

Дисперсность частиц минеральных добавок контролировалась по величине их удельной поверхности, определяемой методом Кармана-Козени на приборе ПСХ-12.

Изучение фазового состава модификаторов осуществлялось методом рентгеновской порошковой дифрактометрии (рентгенофазовый анализ (РФА)). Измерения интенсивности и направления рентгеновского излучения, дифрагированного на кристаллической решетке образца, проводились на дифрактометре «PANalytical Empyrean» (Нидерланды) с вертикально расположенным гониометром высокого разрешения. В качестве источника излучения использовалась рентгеновская трубка с медным анодом, для монохроматизации пучка применялся никелевый фильтр. Основные параметры съемки: 020 сканирование (геометрия по Бреггу-Брентано), применение спектрального дублета Cu Ka1,2, характеризуемого средневзвешенной длиной волны А=1,54 А.

Стоит отметить, что при наличии на дифракто-граммах образцов аморфного гало (в частности, у микрокремнезема и метакаолина), дополнительно выполнялся расчет степени кристалличности (ак) данных модификаторов по формуле:

«к = ТГТ7^ •100%' (1)

(1к + 'а)

где /к - суммарная площадь всех кристаллических рефлексов;

!а - площадь аморфного гало.

Химическая активность минеральных добавок оценивалась непосредственно в цементных системах по влиянию модификаторов на прочность мелкозернистого бетона, твердеющего в условиях теп-ловлажностной обработки (метод ГОСТ Р 561782014, п. 9.4.1.9). Исследование проводилось в составах с соотношением цементного вяжущего и стандартного монофракционного песка равном 1/3. В модифицированных цементных системах содержание минеральной добавки составляло 10% от массы вяжущего (ПЦ+МД). По результатам определения прочностных характеристик бетонных образцов, подвергнутых ТВО, вычислялся индекс активности минеральных добавок (КМд) по формуле

h я,'

где R1 и R2 - прочность на сжатие бетонных образцов контрольного (без МД) и основного (модифицированного) составов соответственно, МПа.

^мд — п ,

(2)

fi

2023. № 3 (22)

Результаты и обсуждение На начальном этапе с применением прибора ПСХ-12 определена удельная поверхность порошков минеральных модификаторов (м2/г): микрокремнезем - 20,00; метакаолин - 1,65; расширяющий суль-фоалюминатный модификатор - 1,00; микрокальцит - 0,25.

На рис. 1 приведены дифрактограммы порошков минеральных добавок.

150000 - а 1 1 M „ 4

I I

50000 - I

0 - /

дегидроксилированные продукты слюд и гидрослюд. При этом установлено, что фазовый состав микрокремнезема и метакаолин характеризуется степень кристалличности равной 12 и 25 % соответственно.

а)

S g 1.1

У S a'g 1

W -г

S ^

МТКН 1 ^ МКЗМ-/

^«ТСАМ Кт= 1.002 R2 = 0. С 0.071 °>Я 68

^-мккт

4 8 12 16

Удельная поверхность минеральной добавки, м-/г

10 20 30 40 50 00 го во

¿ТИС« (■)

Рис. 1. Дифрактограммы порошков исследуемых минеральных добавок:

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

1 - МКЗМ; 2 - МТКН; 3 - РСАМ; 4 - МККТ

Методом порошковой рентгеновской дифрак-тометрии установлен фазовый состав минеральных модификаторов, который преимущественно представлен:

• у микрокремнезема - аморфным кремнеземом (20 = [15^35°] (гало)) и модификациями кварца триклинной, кубической и тетрагональной сингоний (20 = [28,24; 30,22; 31,38; 35,42°]);

• у метакаолина - аморфной фазой (метакао-линитом) (20 = [15^35°] (гало)), минералами каоли-нитовой (20 = [12,18; 20,11; 22,13; 23,33; 25,09; 25,42; 38,33°]) и иллитовой (слюды и гидрослюды) (20 = [8,68; 19,58; 25,44; 26,45; 34,83; 35,11°]) групп, модификациями кварца (20 = [8,61; 17,43; 20,86; 26,45; 49,95°]) и полевыми шпатами (20 = [20,96; 23,97; 26,45; 27,25; 27,32; 41,65°]);

• у расширяющего сульфоалюминатного модификатора - ангидритом (20 = [22,80; 25,31; 31,22; 31,81; 36,15; 38,50; 40,67; 41,17; 43,18; 45,32; 46,68; 48,53; 52,12; 55,57°]), геленитом (20 = [23,82; 28,91; 31,22; 52,12°]), модификациями кварца (20 = [20,71; 21,78; 26,51; 39,33; 49,99°]), минералами иллитовой группы (20 = [25,31; 26,51; 27,77; 29,85°]) и полевыми шпатами (20 = [26,51; 27,77; 29,28°]);

• у микрокальцита - кальцитом (20 = [23,00; 29,36; 31,36; 35,93; 39,35; 43,10; 47,09; 47,45; 48,46; 56,50; 57,32; 58,00°]).

Таким образом, по результатам качественного РФА выявлено наличие в структуре исследуемых минеральных модификаторов ряда реакцион-носпособных фаз: у МКЗМ - аморфный кремнезем; у МТКН - метакаолинит и продукты термодеструкции минералов иллитовой группы; у РСАМ - ангидрит и

б)

I il

So 1

МТКН \ -"Л МКЗМ

РСАМ

К „ = 0.003-tosic Д= = 0.8 )2 + 0.918 50

1—МККТ

0 20 40 60 80 100

Содержание 8Ю: в составе минеральной добавки, мае. %

в)

МКЗМ \

<4 - МТКН РСАМ^

0.00 R2 = 2-ак+ 1.194 0.680

МККТ-^

0 20 40 60 80 100

Степень кристалличности минеральной добавки, %

Рис. 2. Корреляционные зависимости индекса активности

исследуемых минеральных добавок от их удельной поверхности (а), содержания БЮ2 в составе (б) и степени кристалличности структуры (в)

На рис. 2 (а, б и в) представлены результаты исследования эффективности минеральных добавок в рецептуре мелкозернистого бетона. Выявлено, что индекс активности модификаторов (Кмд) достаточно тесно связан с параметрами их гранулометрического и химико-минералогического состава. В частности, увеличение удельной поверхности (5уд) и содержания БЮ2 в материале (шзю2) наряду со снижением степени кристалличности структуры (ак) способствуют повышению реакционноспособности модификатора, что подтверждают установленные корреляционные зависимости (Я2=0,868; 0,860 и 0,680 соответственно).

Согласно полученным экспериментальным данным коэффициент активности модификаторов повышается в ряду микрокальцит (МККТ) ^ модификатор сульфоалюминатный расширяющий (РСАМ) ^ метакаолин (МТКН) ^ микрокремнезем (МКЗМ) (0,86 ^ 1,04 ^ 1,09 ^ 1,20 отн. ед.). Таким образом, наибольшей физико-химической эффективностью в цементных системах обладают техногенные минеральные добавки кремниевого и алюмосиликатного состава - микрокремнезем и метакаолин с Кмд= 1,20 и 1,09 отн. ед. соответственно.

Повышенная реакционноспособность МКЗМ и МТКН, обусловленная высокими значениями удельной поверхности (20,00 и 1,65 м2/г) и степени аморфизации структуры (88 и 75 % соответственно) с преобладанием активных форм кремнезема и глинозема, свидетельствуют о перспективности применения указанных модификаторов в рецептуре самоочищающихся цементных материалов. Данный вывод подтверждается данными ряда работ [23 - 26], в которых перечислены основные требования к минеральным носителям фотокаталитических агентов для цементных систем: высокая концентрация БЮ2 и аморфизированных компонентов в химико-минералогическом составе модификатора - не менее 50 и 70 % соответственно; высокая дисперсность частиц с однородным гранулометрическим составом; развитая химически активная поверхность с наличием многочисленных дефектов, микро- и нанопор и др.

Выводы

Выполненные экспериментальные исследования позволили получить следующие научные результаты:

1. Определена удельная поверхность 4 видов минеральных добавок (кремниевая (микрокремнезем), алюмосиликатная (метакаолин), сульфоалю-минатная (модификатор сульфоалюминатный расширяющий) и карбонатная (микрокальцит)).

2. Установлены особенности химико-минералогического (фазового) состава модификаторов, а также степень кристалличности их структуры.

3. Выявлено влияние минеральных добавок на прочность мелкозернистого бетона при его твердении в условиях тепловлажностной обработки с определением индекса активности модификатора.

4. Установлены зависимости индекса активности минеральных добавок от удельной поверхности, содержания БЮ2 в составе и степени кристалличности их структуры.

5. Выявлены наиболее перспективные модификаторы для последующего использования в качестве минеральной подложки в составе фотокаталитических композиций «ядро - оболочка».

Результаты исследований показали, что наибольшей эффективностью в цементных системах

обладают кремниевая и алюмосиликатная минеральные добавки - микрокремнезем и метакаолин. Установленные физико-химические особенности указанных модификаторов (высокая дисперсность частиц, преобладание в структуре активных форм кремнезема и глинозема и, как следствие, повышенная реакционноспособность) свидетельствуют о перспективности их использования в рецептуре самоочищающихся цементных материалов в качестве дисперсного носителя фотокаталитических агентов.

Библиографический список

1. O'Hegarty R. High performance, low carbon concrete for building cladding applications / R. O'Hegarty, O. Kin-nane, J. Newell, R. West // Journal of Building Engineering. -2021. - Vol. 43. - Art. no. 102566. https://doi.org/10.1016/jjobe. 2021.102566.

2. Tayeh B.A. Ultra-high-performance concrete: Impacts of steel fibre shape and content on flowability, compressive strength and modulus of rupture / B.A. Tayeh, M.H. Ak-eed, S. Qaidi, B.H.A. Bakar // Case Studies in Construction Materials. - 2022. Vol. 17. - Art. no. e01615. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01615.

3. Zhou M. Application of Ultra-High Performance Concrete in bridge engineering / M. Zhou, W. Lu, J. Song, G.C. Lee // Construction and Building Materials. - 2018. - Vol. 186. - Pp. 1256-1267. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.08.036.

4. Nizina T.A. Multicriteria optimisation of the formulation of modified fine-grained fibre concretes containing carbon nanostructures / T.A. Nizina, A.N. Ponomarev, A.S. Balykov, D.I. Korovkin // International Journal of Nanotechnol-ogy. - 2018. - Vol. 15. - Pp. 333-346. https://doi.org/10.1504/IJNT.2018.094790. - EDN: YBMICL.

5. Калашников В.И. Эволюция развития составов и изменение прочности бетонов. Бетоны настоящего и будущего. Часть 1. Изменение составов и прочности бетонов / В.И. Калашников // Строительные материалы. - 2016. - № 1-2. - С. 96-103. - EDN: VPWHMH.

6. Кирсанова А.А. Высокофункциональные тяжелые бетоны нормального твердения / А.А. Кирсанова, Л.Я. Крамар, А.А. Рузавин // Архитектура, градостроительство и дизайн. - 2017. - № 4 (14). - С. 32-38. - EDN: YMNNUW.

7. Низина Т.А. Применение моделей «состав -свойство» для исследования свойств модифицированных дисперсно-армированных мелкозернистых бетонов / Т.А. Низина, А.С. Балыков, Л.В. Макарова // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2016. - № 12. - С. 15-21. https://doi.org/10.12737/22644. - EDN: XBEZZL.

8. Chand G. Assessment of the properties of sustainable concrete produced from quaternary blend of portland cement, glass powder, metakaolin and silica fume / G. Chand, S.K. Happy, S. Ram // Cleaner Engineering and Technology. -2021. - Vol. 4. - Art. no. 100179. https://doi.org/10.1016Zj.clet.2021.100179.

9. Mohammed A.M. Experimental and statistical evaluation of rheological properties of self-compacting concrete containing fly ash and ground granulated blast furnace slag / A.M. Mohammed, D.S. Asaad, A.I. Al-Hadithi // Journal of King

ftl

2023. № 3 (22)

Saud University - Engineering Sciences. - 2022. - Vol. 34. - Pp. 388-397. https://doi.Org/10.1016/j.jksues.2020.12.005.

10. Strokova V.V. Properties of a composite cement binder using fuel ashes / V.V. Strokova, I.Yu. Markova, A.Yu. Markov, M.A. Stepanenko, S.V. Nerovnaya, D.O. Bondarenko, L.N. Botsman // Key Engineering Materials. - 2022. - Vol. 909. - Pp. 184-190. https://doi.org/10.4028/p-tm4y4j

11. Каприелов С.С. О подборе составов высококачественных бетонов с органоминеральными модификаторами / С.С. Каприелов, А.В. Шейнфельд, Г.С. Кардумян, И.А. Чилин // Строительные материалы. - 2017. - № 12. - С. 5863. - EDN: YMKFDT.

12. Тараканов О.В. Влияние комплексных минеральных добавок на прочность и состав гидратации цементных материалов / О.В. Тараканов, Е.А. Белякова // Региональная архитектура и строительство. - 2020. - № 4 (45). - С. 46-52. - EDN: DQIKYM.

13. Чернышов Е.М. Наномодифицирование цементных композитов на технологической стадии жизненного цикла / Е.М. Чернышов, О.В. Артамонова, Г.С. Слав-чева // Нанотехнологии в строительстве. - 2020. - Т. 12, № 3. - С. 130-139. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2020-12-3-130-139. - EDN: NDNJES.

14. Низина Т.А. Исследование комплексов активных минеральных добавок и дисперсных волокон при разработке составов дисперсно-армированных модифицированных мелкозернистых бетонов / Т.А. Низина, А.С. Балыков, Л.В. Макарова, Д.И. Коровкин, В.В. Володин // Вестник Волжского регионального отделения Российской академии архитектуры и строительных наук. - 2017. - № 20. - С. 230-240. - EDN: YVBHJZ.

15. Балыков А.С. Рецептурно-технологическая эффективность осадочных пород различного состава и генезиса в цементных системах / А.С. Балыков, Т.А. Низина, В.М. Кяшкин, С.В. Володин // Нанотехнологии в строительстве. - 2022. - Т. 14, №1. - С. 53-61. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2022-14-1-53-61. - EDN: LASTZC.

16. Janczarek M. Progress of functionalized TiO2-based nanomaterials in the construction industry: A comprehensive review / M. Janczarek, t. Klapiszewski, P. J^drzejczak, I. Klapiszewska, A. Slosarczyk, T. Jesionowski // Chemical Engineering Journal. - 2022. - Vol. 430, no. 3. - Art. no. 132062. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132062.

17. Amor F. Contribution of TiO2 and ZnO nanoparticles to the hydration of Portland cement and photocatalytic properties of High Performance Concrete / F. Amor, M. Baudys, Z. Racova, L. Scheinherrova, L. Ingrisova, P. Hajek // Case Studies in Construction Materials. - 2022. - No. 16. - Art. no. e00965. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e00965.

18. Yang L. Photocatalyst efficiencies in concrete technology: The effect of photocatalyst placement / L. Yang, A. Hakki, F. Wang, D.E. Macphee // Applied Catalysis B: Environmental. - 2018. - No. 222. - Pp. 200-208. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2017.10.013.

19. Фаликман В.Р. Нанопокрытия в современном строительстве / В.Р. Фаликман // Нанотехнологии в строи-

тельстве: научный интернет-журнал. - 2021. - Т. 13, № 1. -С. 5-11. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2021-13-1-5-11. - EDN: ZUVDBK.

20. Тюкавкина В.В. Структура цементного камня, модифицированного нанодисперсной титаносодержащей добавкой / В.В. Тюкавкина, А.В. Цырятьева // Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. - 2019. - № 16. - С. 597-601. https://doi.org/10.31241/FNS.2019.16.122.

- EDN:ROXPCW.

21. Лукутцова Н.П. Структура цементного камня с диспергированным диоксидом титана в суточном возрасте / Н.П. Лукутцова, А.А. Пыкин, О.А. Постникова, С.Н. Головин, Е.Г. Боровик // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. -2016. - № 11. - С. 13-17. https://doi.org/10.12737/22432. -EDN: WXQNZF.

22. Антоненко М.В. Фотокаталитически активные самоочищающиеся материалы на основе цемента. Составы, свойства, применение / М.В. Антоненко, Ю.Н. Огур-цова, В.В. Строкова, Е.Н. Губарева // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2020. - № 3. - C. 16-25. https://doi.org/10.34031/2071-7318-2020-5-3-16-25. - EDN: AFKKXM.

23. Wang D. SiO2/TiO2 composite powders deposited on cement-based materials: Rhodamine B removal and the bonding mechanism / D. Wang, P. Hou, D. Stephan, S. Huang, L. Zhang, P. Yang, X. Cheng // Construction and Building Materials. - 2020. - Vol. 241. - Art. no. 118124. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118124.

24. Fatimah I. Physicochemical characteristics and photocatalytic performance of TiO2/SiO2 catalyst synthesized using biogenic silica from bamboo leaves / I. Fatimah, N.I. Prakoso, I. Sahroni, M. Miqdam Musawwa, Y.-L. Sim, F. Kooli, O. Muraza // Heliyon. - 2019. - Vol. 5, issue 11. - Art. no. e02766. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e02766.

25. Фаликман В.Р. Новые высокоэффективные нанодобавки для фотокаталитических бетонов: синтез и исследование / В.Р. Фаликман, А.Я. Вайнер // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. - 2015.

- Т. 7, №1. - С. 18-28. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2015-7-1-18-28. - EDN: TIXUVD.

26. Строкова В.В. Оценка свойств кремнеземного сырья как подложки в составе композиционного фотокаталитического материала / В.В. Строкова, Е.Н. Губарева, Ю.Н. Огурцова // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2017. - № 2. - C. 6-12. https://doi.org/10.12737/23819. - EDN: XTBMIV.

27. Балыков А.С. Оценка эффективности минеральных добавок в цементных системах при разработке фотокаталитических композиций «ядро - оболочка» / А.С. Балыков, Т.А. Низина, В.М. Кяшкин, С.В. Володин // Нанотехнологии в строительстве. - 2022. - Т. 14, № 5. - С. 405418. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2022-14-5-405-418. - EDN: NJAFFT.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Статья поступила в редакцию 28.07.2023; одобрена после рецензирования 21.08.2023; принята к публикации 21.08.2023.

The authors declare no conflicts of interests. The authors made an equivalent contribution to the preparation of the publication. The article was submitted 28.07.2023; approved after reviewing 21.08.2023; accepted for publication 21.08.2023.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.