Применение субмикронных добавок на основе отходов промышленности в цементные растворы

В связи с повышенным круглогодичным образованием отходов крупных промышленных предприятий, актуальной является разработка материалов и технологий, которые эффективно переводят их в повторный жизненный цикл.

Предложен   способ   переработки   фторуглеродсодержащих   отходов   (ФУС)   (АО «РУСАЛ Красноярск») с получением углерода субмикронной размерности в виде водоугольной суспензии для модификации растворов и/или бетонов. Полученные данные физико-механических характеристик цементно-песчаного раствора подтверждают возможность применения предложенных модификаторов, запускающих механизмы, приводящие к получению материалов с высокой прочностью при изгибе в ранние сроки для снижения трещинообразования, особенно в тонких слоях бетона (раствора) при большой площади покрытия.

Образцы растворов с добавкой водоугольной суспензии были исследованы методами электронной микроскопии, термогравиметрии и рентгенофазового анализа.

Установлено, что углерод в водоугольной суспензии представлен плоскими пластинами, размер его частиц соответствует субмикронному диапазону. Степень гидратации цемента повышается в присутствии добавки, свидетельствуя об упрочнении структуры материала, что согласуется с результатами испытаний на прочность. Наблюдается рост и утолщение игольчатых спиц-кристаллов гидросиликатов кальция, что подтверждает предположение об увеличении степени гидратации в присутствии субмикронных частиц углерода.

1. Зельберг Б.И., Рагозин Л.В., Баранцев А.Г. Справочник металлурга. Производство алюминия и сплавов на его основе. Санкт-Петербург : Изд-во МАНЭБ, 2013. 676 с.

2. Baranova A.N., Gavrilenkob L.V., Morenkoc A.V., Gavrilenkod A.A., Timkinaa E.V., Yakushevich P.A. Production of the Calcium Fluoride From Solid and Iiquid Wastes of Aluminum Production Process // Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2015. V. 4. P. 468474.

3. Kani E.N., Allahverdi A. Fast set and high early strength cement from limestone, natural pozzolan, and fluorite // International Journal of Civil Engineering. 2010. V. 8 (4). P. 362–369.

4. Menéndez E., Glasser F.P., Aldea B., Andrade C., Zimmermann Y.C. Effects of the incorporation of aluminum fluoride mineralizers in Portlandcement clinker phases // National Council for Cement and Building materials. 2016.

5. Maheswaran S., Kalaiselvam S., Karthikeyan S.K., Kokila C., Palani G.S. β-belite cements (β-dicalcium silicate) obtained from calcined lime sludge and silica fume // Cement and Concrete Composites. 2016. V. 66. P. 57-65.

6. Sarmah S., Saikia J., Bordoloi D.K., Kalita P.J., Bora J.J., Goswamee R.L. Immobilization of fluoride in cement clinkers using hydroxyl-alumina modified paddy husk ash based adsorbent // Journal of Chemical Technology and Biotechnology. 2018. V. 93 (2). P. 533–540.

7. Welch B.J. Aluminium production paths in the new millennium // JOM. 1999. V. 51 (5). P. 24-28.

8. Endzhievskaya I.G., Demina A.V., Lavorenko A.A. Synthesis of a mineralizing agent for Portland cement from aluminum production waste // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. V. 945. P. 012062.

9. Han B., Ding S., Yu X. Intrinsic self-sensing concrete and structures: A review // Measurement. 2015. V. 59. P. 110–128.

10. Fiala L., Toman J., Vodička J., Ráček V. Experimental Study on Electrical Properties of Steel-fibre Reinforced Concrete // Procedia Engineering. 2016. V. 151. P. 241–248.

11. Xi L., Mingqing S., Zhuoqiu L. Piezo-resistiveEffects in Carbon Black-filled Cement-matrix Nanocomposites // Journal of Wuhan University of Technology. 2008. V. 30 (3). P. 57-59.

12. Suping C., Yongxiao L., Mingzhang L. Preparation and Properties of Graphite-cement Based Composites // Journal of the Chinese Ceramic Society. 2007. V. 35 (1). P. 91-95.

13. Fan X., Fang D., Sun M., Li Z. Piezoresistivity of carbon fiber graphite cement-based composites with CCCW // Journal of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed. 2011. V. 26 (2). P. 339–343.

14. Banthia N., Djeridane S., Pigeon M. Electrical resistivity of carbon and steel micro-fiber reinforced cements // Cement and Concrete Research. 1992. V. 22 (5). P. 804–814.

15. Han B., Yu X., Kwon E., Ou J.P. Effects of CNT concentration level and water/cement ratio on the piezoresistivity of CNT/cementcomposites // J. Comp.Mater. 2012. V. 46 (1). P. 19–25.

16. Nizina T.A., Ponomarev A.N., Balykov A.S., Pankin N.A. Fine-grained fibre concretes modified by complexed nanoadditives // International Journal of Nanotechnology (IJNT). 2017. V. 14. P. 7-8.

17. Vipulanandan C., Mohammed A. Smart cement modified with iron oxide nanoparticles to enhance the piezoresistive behavior andcompressive strength for oil well applications // Smart Mater. Struct. 2015. V. 24 (12). P. 1–11.

18. Usanova K., Rybakov V., Udalova V., Kovylkov A. Examination of Quality and Operational Properties of Vibropressed Paving Elements // MATEC Web of Conferences. 2016. V. 73. P. 040131.

19. Urkhanova L.A., Buyantuev S.L., Urkhanova A.A., Lkhasaranov S.A., Ardashova G.R., Fediuk R.S., Svintsov A.P., Ivanov I.A. Mechanical and electrical properties of concrete modified by carbon nanoparticles, Magazine of Civil Engineering. 2019. V. 92 (8). P. 163–172.