vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2019-21-3-195-206vestniktgasu-593Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯCONSTRUCTION MATERIALS AND PRODUCTSУПЛОТНЕНИЕ СТРУКТУРЫ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ В БЕТОНЕ ЗА СЧЕТ ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ВЯЖУЩЕГОCEMENT STONE STRUCTURE COMPACTION WITH COMPOSITE BINDERФедюкР. С.FediukR. S.

Федюк Роман Сергеевич, канд. техн. наук, доцент

690950, г. Владивосток, ул. Суханова, 8

Roman S. Fediuk, PhD, A/Professor

8, Sukhanov Str., 690090, Vladivostok

roman44@yandex.ruБарановА. В.BaranovA. V.

Баранов Андрей Вячеславович, соискатель

690950, г. Владивосток, ул. Суханова, 8

Andrey V. Baranov, Research Assistant

8, Sukhanov Str., 690090, Vladivostok

roman44@yandex.ruХроменокД. В.KhromenokD. V.

Хроменок Даниил Владиславович, студент

690950, г. Владивосток, ул. Суханова, 8

Daniil V. Khromenok, Student

8, Sukhanov Str., 690090, Vladivostok

roman44@yandex.ruЗеленскийИ. Р.ZelenskiyI. R.

Зеленский Илья Романович, студент

690950, г. Владивосток, ул. Суханова, 8

Ilya R. Zelenskiy, Student

8, Sukhanov Str., 690090, Vladivostok

roman44@yandex.ruКимС. В.KimS. V.

Ким Семен Вячеславович, студент

690950, г. Владивосток, ул. Суханова, 8

Semyon V. Kim, Student

8, Sukhanov Str., 690090, Vladivostok

roman44@yandex.ruДальневосточный федеральный университетРоссияFar Eastern Federal UniversityRussian Federation20192806201903195206Copyright © Федюк Р.С., Баранов А.В., Хроменок Д.В., Зеленский И.Р., Ким С.В., 20192019Федюк Р.С., Баранов А.В., Хроменок Д.В., Зеленский И.Р., Ким С.В.Fediuk R.S., Baranov A.V., Khromenok D.V., Zelenskiy I.R., Kim S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/593

Целью исследования являлось управление структурообразованием цементного камня с целью повышения его прочностных характеристик. Для этого был оптимизирован состав композиционных вяжущих, содержащих портландцемент ЦEM I 42,5Н (58–70 %), активную кремнеземсодержащую добавку (25–37 %), кварцевый песок (2,5–7,5 %) и отходы дробления известняка (2,5–7,5 %), также выявлена оптимальная технология его механохимической активации. Представлены результаты оптимизации процессов структурообразования разработанного композита за счет использования полиминерального модификатора, измельченного совместно с портландцементом в вариопланетарной мельнице до удельной поверхности 550 м2/кг. Аморфная фаза диоксида кремния в составе модификатора интенсифицирует связывание гидроксида кальция, образующегося в ходе гидратации алита, cпособствует росту низкоосновных гидросиликатов кальция и уменьшению основности цементного камня, одновременно сокращая количество портландита. Кристаллическая фаза диоксида кремния в формe β-кварца играет роль центров кристаллизации новообразований, уплотняющих микроструктуру цементного камня. Частички известняка способствуют образованию гидрокарбоалюминатов кальция, а также вместе с тонкомолотым кварцевым песком выступают в роли микронаполнителя, кольматируя поры цементного камня.

The aim of the paper is to improve the strength properties of cement stone via control for structure formation. The composite binder composition includes the type CEM I 42.5N (58–70%) Portland cement, active silica additive (25–37%), quartz sand (2.5–7.5%) and limestone crushed waste (2.5–7.5%). The optimum technology of mechanochemical activation is proposed for the cement stone. The optimization of the structure formation process is provided by the mineral-mineral modifier, crushed together with Portland cement in a planetary mill to a specific surface of 550 m2/kg. The amorphous phase of silicon dioxide in the composition of the modifier intensifies the calcium hydroxide binding forming during alite hydration. It contributes to the growth in low-basic calcium silicate and lowers the cement stone basicity, while reducing the amount of portlandite. The crystalline phase of β-quartz silicon dioxide plays the role of crystallization centers new formations and the cement stone microstructure compaction. Limestone particles contribute to the formation of calcium hydrocarbonate and act as a microfiller together with fine ground quartz sand clogging the pores in the cement stone.

цементный каменькомпозиционное вяжущеенанодисперсная добавказола рисовой шелухипуццолановые материалымеханические свойстваcement stonecomposite bindernanodisperse additiverice husk ashpozzolanic materialsmechanical propertiesReferencesFediuk R.S., Yevdokimova Y.G., Smoliakov A.K., Stoyushko N.Y., Lesovik V.S. Use of geonics scientific positions for designing of building composites for protective (fortification) structures // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. № 221 (1). P. 012011.Fediuk R.S., Yevdokimova Y.G., Smoliakov A.K., Stoyushko N.Y., Lesovik V.S. Use of geonics scientific positions for designing of building composites for protective (fortification) structures. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. No. 221(1). Pp. 012011.Lesovik V.S., Urkhanova L.A., Gridchin A.M., Lkhasaranov S.A. Composite binders on the basis of pearlite raw material of Transbaikalia // Research Journal of Applied Sciences. 2014. № 9 (12). P. 1016–1020.Lesovik V.S., Urkhanova L.A., Gridchin A.M., Lkhasaranov S.A. Composite binders on the basis of pearlite raw material of Transbaikalia. Research Journal of Applied Sciences. 2014. No. 9 (12). Pp. 1016–1020.Чулкова И.Л. Повышение эффективности строительных композитов с использованием техногенного сырья регулированием процессов структурообразования : автореф. дис. … докт. техн. наук. 05.23.05. Белгород, 2011. 39 с.Chulkova I.L. Povyshenie jeffektivnosti stroitel'nyh kompozitov s ispol'zovaniem tehnogennogo syr'ja regulirovaniem processov strukturoobrazovanija [Increasing the effectiveness of building composites using technogenic raw materials by structure formation control. DSc Abstract]. Belgorod, 2011. 39 p. (rus)Дамдинжапов Б.Ц. Заяханов М.Е., Лайдабон Ч.С., Балханова Е.Д. Модификация бетонов с использованием акустического и электромагнитного полей // Технологии бетонов. 2011. № 7–8. С. 65–66.Damdinzhapov B.Ts., Zayakhanov M.E., Laydabon Ch. S., Balkhanova E.D. Modifikatsiya betonov s ispol'zovaniyem akusticheskogo i elektromagnitnogo poley [Concrete modification through acoustic and electromagnetic fields]. Tehnologii betonov. 2011. No. 7–8. Pp. 65–66. (rus)Федюк Р.С., Смоляков А.К., Тимохин Р.А. Строительные материалы для войсковой фортификации // XVIII Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов в г. Нерюнгри с международным участием, посвященная 25-летию со дня образования Технического института (филиала) СВФУ : материалы конференции. Секции 1–3. 2017. С. 109–113.Fediuk R.S., Smoliakov A.K., Timokhin R.A. Stroitel'nye materialy dlja vojskovoj fortifikacii [Building materials for military fortification]. In: XVIII Vserossiiskaya nauchnoprakticheskaya konferentsiya molodykh uchenykh, aspirantov i studentov v g. Neryungri, s mezhdunarodnym uchastiem, posvyashchennoi 25-letiyu so dnya obrazovaniya Tekhnicheskogo instituta (filiala) SVFU (Proc. 18th All-Russ. Sci. Conf. of Students and Young Scientists dedicated to the 25th anniversary of NEFU‟) 2017. Pp. 109–113. (rus)Лесовик В.С., Федюк Р.С. Теоретические предпосылки создания цементных композитов повышенной непроницаемости // Вестник Сибирской государственной автомобильнодорожной академии. 2016. № 1 (47). С. 65–72.Lesovik V.S., Fediuk R.S. Teoreticheskie predposylki sozdanija cementnyh kompozitov povyshennoj nepronicaemosti [Theoretical prerequisites for creation of cement composites of increased impermeability]. Vestnik SibADI. 2016. No. 1. Pp. 65–72. (rus)Низина Т.А., Селяев В.П., Балыков А.С., Володин В.В., Коровкин Д.И. Оптимизация составов многокомпонентных мелкозернистых фибробетонов, модифицированных на различных масштабных уровнях // Нанотехнологии в строительстве: научный интернетжурнал. 2017. Т. 9. № 2. С. 43–65.Nizina T.A., Selyaev V.P., Balykov A.S., Volodin, V.V., Korovkin, D.I. Optimizatsiya sostavov mnogokomponentnykh melkozernistykh fibrobetonov, modifitsirovannykh na razlichnykh masshtabnykh urovnyakh [Optimization of compositions of multicomponent fine-grained fiber-reinforced concrete modified at different scale levels]. Nanotekhnologii v stroitel'stve: nauchnyy internet-journal. 2017. V. 9. No. 2. Pp. 43–65. (rus)Лесовик В.С., Чулкова И.Л. Влияние составов материалов на формирование структуры строительных композитов // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. 2015. № 4 (44). С. 69–79.Lesovik V.S., Chulkova I.L. Vlijanie sostavov materialov na formirovanie struktury stroitel'nyh kompozitov [The influence of materials composition on structure formation of building composites]. Vestnik SibADI. 2015. No. 4. Pp. 69–79. (rus)Розина В.Е., Урханова Л.А., Лхасаранов С.А., Буянтуев С.Л. Фибробетон с базальтовым волокном и нанокремнеземом // Современные строительные материалы, технологии и конструкции : материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 95-летию Грозненского государственного нефтяного технического университета им. академика М.Д. Миллионщикова. 2015. С. 53–57.Rozina V.E., Urkhanova L.A., Lhasaranov S.A., Buyantuev S.L. Fibrobeton s bazal'tovym voloknom i nanokremnezemom [Fiber concrete with basalt fiber and nanosilica]. In: Sovremennye stroitel'nye materialy, tekhnologii i konstruktsii: materialy Mezhdunarodnoi nauchnoprakticheskoi konferentsii, posvyashchennoi 95-letiyu Groznenskogo gosudarstvennogo neftyanogo tekhnicheskogo universiteta im. akademika M.D. Millionshchikova (Proc. Int. Sci. Conf. 'Construction: Materials, Technologies and Structures‟). 2015. Pp. 53–57.Лесовик В.С., Чулкова И.Л. Управление структурообразованием строительных композитов // Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия. Омск, 2011.Lesovik V.S., Chulkova I.L. Upravlenie strukturoobrazovaniem stroitel'nyh kompozitov [Control for structure formation of building composites]. Omsk, 2011. (rus)Лукутцова Н.П., Пыкин А.А., Баранова А.А. Высокопрочный мелкозернистый бетон с мультикомпонентным наноимпрегнатом алюмосиликатного состава // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2018. № 9. С. 6–14.Lukutsova N.P, Pykin A.A., Baranova A.A. Vysokoprochnyy melkozernistyy beton s mul'tikomponentnym nanoimpregnatom alyumosilikatnogo sostava [High-strength fine-grained concrete with multicomponent nanoimpregnatom of aluminosilicate composition]. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. Shukhova. 2018. No. 9. Pp. 6–14. (rus)Толстой А.Д., Крымова А.И., Фомина Е.В., Коробков Р.А. Применение синергетических принципов самоорганизации системы в теории твердения строительных композитов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2018. № 9. С. 24–28.Tolstoy A.D., Krymova A.I., Fomina E.V., Korobkov R.A. Primeneniye sinergeticheskikh printsipov samoorganizatsii sistemy v teorii tverdeniya stroitel'nykh kompozitov [Synergistic principles of system self-organization in the theory of hardening of building composites]. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. Shukhova. 2018. No. 9. Pp. 24–28. (rus)Ibragimov R.A., Korolev E.V., Deberdeev R.Y., Leksin V.V., Sobolev D. Energy Parameters of the Binder during Activation in the Vortex Layer Apparatus // Materials Science Forum. 2019. № 945. P. 98–103.Ibragimov R.A., Korolev E.V., Deberdeev R.Y., Leksin V.V., Sobolev D. Energy parameters of the binder during activation in the vortex layer apparatus. Materials Science Forum. 2019. No. 945. Pp. 98–103.Svintsov A.P., Shambina S.L. Influence of viscosity of vegetable and mineral oil on deformation properties of concrete and cement-sand mortar // Construction and Building Materials. 2018. № 190. P. 964–974.Svintsov A.P., Shambina S.L. Influence of viscosity of vegetable and mineral oil on deformation properties of concrete and cement-sand mortar. Construction and Building Materials. 2018. No. 190. Pp. 964–974.Zemnukhova L.A., Panasenko A.E., Artemyanov A.P., Tsoy E.A. Dependence of porosity of amorphous silicon dioxide prepared from rice straw on plant variety // BioResources. 2015. № 10 (2). P. 3713–3723.Zemnukhova L.A., Panasenko A.E., Artemyanov A.P., Tsoy E.A. Dependence of porosity of amorphous silicon dioxide prepared from rice straw on plant variety. BioResources. 2015. No. 10 (2). Pp. 3713–3723.Земнухова Л.А., Панасенко А.Е., Цой Е.А., Федорищева Г.А., Шапкин Н.П., Артемьянов А.П., Майоров В.Ю. Cостав и строение образцов аморфного кремнезема // Неорганические материалы. 2014. Т. 50. № 1. С. 82–89.Zemnuhova L.A., Panasenko A.E., Coj E.A., Fedorishheva G.A., Shapkin N.P., Artem'janov A.P., Majorov V.Ju. Sostav i stroenie obrazcov amorfnogo kremnezema [Composition and structure of amorphous silica samples]. Inorganic Materials. 2014. V. 50. No. 1. Pp. 82–89. (rus)Логанина В.И. Обеспечение качества строительных изделий и конструкций // Вестник ПГУАС: строительство, наука и образование. 2018. № 1 (6). С. 21–25.Loganina V.I. Obespecheniye kachestva stroitel'nykh izdeliy i konstruktsiy [Quality assurance of building products and structures]. Vestnik PGUAS: stroitel'stvo, nauka i obrazovaniye. 2018. No. 1 (6). Pp. 21–25.Косач А.Ф., Ращупкина М.А., Кузнецова И.Н., Дарулис М.А. Влияние ультрадисперсного наполнителя на основе золы гидроудаления на свойства цементного камня // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2019. Т. 21. № 1. C. 150–158.Kosach A.F., Rashchupkina M.A., Darulis M.A., Gorchakov V.G. Issledovanie vliyaniya ul'tradispersnogo napolnitelya na osnove zoly gidroudaleniya na svoistva tsementnogo kamnya [Cement brick properties modified by ultrafine ash-based additive]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta – Journal of Construction and Architecture. 2019. V. 21. No. 1. Pp. 150–158.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.