Прогнозирование процессов структурообразования вяжущих из активированного фторангидритового сырья

Актуальность. Актуальной проблемой современной науки и строительного производства является комплексная переработка минерального сырья с вовлечением в качестве сырьевых материалов вторичного сырья, что приводит к экономии природных ресурсов и способствует решению экологических задач. Однако неоднородность вторичного сырья по химическому, минералогическому и гранулометрическому составу замедляет процесс утилизации вторичного ангидритового сырья для производства вяжущих и материалов на их основе. Для получения строительных композиций с требуемыми параметрами в вяжущих системах необходимо создание оптимальных условий кристаллизации, включающих скорость кристаллизации (кинетику структурообразования). Для определения времени и условий кристаллизации нужно установить взаимосвязь кинетики структурообразования с фазовым составом, т. е. содержанием твердой, жидкой и газовой фаз с целью повышения концентрации твердой фазы.
Методы. Основа работы заключается в применении метода дифференциальной микрокалориметрии и метода объемных фазовых характеристик для исследования структуры фторангидритовых вяжущих (ФТАВ). Данные методы ранее не использовались для изучения процессов гидратации вяжущих из активированного фторангидритового сырья с целью прогнозирования кинетики процессов гидратации и твердения.
Результаты. В работе проведен анализ механизмов гидратации и твердения фторангидритовых вяжущих по данным кинетики тепловыделения и результатам физико-химических методов исследований, которые подтверждают, что гидратация фторангидритового вяжущего сопровождается первоначальным образованием коллоидного раствора исходных продуктов гидратации и последующей кристаллизацией образовавшихся продуктов. Длительность и интенсивность процессов зависят от вида и количества вводимых добавок-активаторов. Развитие процессов гидратации в системе сопровождается уменьшением свободного порового пространства и уплотнением системы, причем структурные характеристики конечного состояния предопределяются не только их значением в начальном состоянии, но и минералогическим составом, дисперсностью, временем и условиями твердения.

1. Гаркави М.С., Артамонов А.В., Колодежная Е.В., Дергунов С.А., Сериков С.В. Механохимический синтез композиционных ангидритовых вяжущих // Строительные материалы. 2023. № 10. С. 52–57. DOI: 10.31659/0585-430X-2023-818-10-52-57

2. Гордина А.Ф., Яковлев Г.И., Первушин Г.Н., Гуменюк А.Н., Украинцева В.М., Бурьянов А.Ф. Неавтоклавный газобетон на основе сульфатсодержащего техногенного отхода // Строительные материалы. 2023. № 10. С. 42–46. DOI: 10.31659/0585-430X-2023-818-10-42-46

3. Бекмансуров М.Р, Яковлев Г.И., Гордина А.Ф., Кузьмина Н.В., Саидова З.С., Александров А.М., Жуков А.Н. Быстротвердеющий состав на основе фторангидрита для послойной экструзии (3D-печати) // Строительные материалы. 2023. № 6. С. 65–69. DOI: 10.31659/0585-430X-2023-814-6-65-69

4. Мешков П.И., Мокин В.А. Способы оптимизации составов сухих строительных смесей // Строительные материалы. 2000. № 5. С. 12–14. EDN: IAJMZF

5. Белов В.В., Бурьянов А.Ф., Яковлев Г.И., Петропавловская В.Б., Фишер Х.-Б., Маева И.С., Новиченкова Т.Б. Модификация структуры и свойств строительных композитов на основе сульфата кальция. Москва : Де Нова, 2012. 196 с. EDN: VMADIZ

6. Капустин Ф.Л., Пьячев В.А., Пономаренко А.А. Влияние кондиционированного фторангидрита на свойства портландцемента // Цемент и его применение. 2011. № 4. С. 134–136. EDN: OGKYHX

7. Лотов В.А. Использование дифференциального микрокалориметра новой конструкции при исследовании тепловыделения в дисперсных системах // XV Международная конференция по термическому анализу и калориметрии в России (RTAC 2016). Санкт- Петербург : СПбПУ, 2016. Т. 2. С. 428–431.

8. Лотов В.А. О взаимодействии частиц цемента с водой или вариант механизма процессов гидратации и твердения цемента // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2018. Т. 329 (1). С. 99–110. EDN: YRUNBF

9. Anikanova L.A., Volkova O.V., Kudyakov A.I., Lotov V.A. Hydration Processes of Anhydrite-Containing Binders Using Volumetric Phase Composition // Innovations and Technologies in Construction. BUILDINTECH BIT 2021. Lecture Notes in Civil Engineering. 2021. V. 151. P. 215–221. DOI: 10.1007/978-3-030-72910-3_31

10. Чернышов Е.М., Потамошнева Н.Д., Монастырев П.В., Ярцев В.П. Строительно-технологическая утилизация техногенных отходов как комплексная системная эколого-экономическая проблема развития территорий и градостроительства // Вопросы современной науки и практики. 2016. № 4 (62). С. 67–86. DOI: 10.17277/voprosy.2016.04.pp.067-086

11. Аниканова Л.А., Волкова О.В., Кудяков А.И., Курмангалиева А.И. Активированное композиционное фторангидритовое вяжущее // Строительные материалы. 2019. № 1–2. С. 36–42. DOI: 10.31659/0585-430X-2019-767-1-2-36-42

12. Аниканова Л.А., Кудяков А.И., Волкова О.В. Стеновые и отделочные материалы с использованием фторангидрита // Труды Братского государственного университета. Серия: Естественные и инженерные науки. 2015. № 1. С. 230–234. EDN: UGQMOV

13. Kudyakov A.I., Anikanova L.A., Tolstov D.S. Influence of crystallized glyoxal on properties of gypsum construction mixes // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2015. Р. 1–6. DOI: 10.1088/1757-899X/71/1/012007

14. Tschernyschova N., Schamai Issa E.L. Gips-Zement-Systeme auf Basis von Rohstoffenaus Landern des Nahen Ostens // 2 Weimar Gypsum Cjnferehse Weimar. 2014. Р. 259–266.

15. Сулимова Е.В., Лапидус М.А., Гаркави М.С. Вопросы твердения ангидритовых вяжущих // Строительные материалы. 1993. № 7. С. 12–17.

16. Kudyakov A.I., Anikanova L.A., Redlikh V.V. Composite Binding Acid Fluoride Materials for Fencing Structures // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Journal of Construction and Architecture. 2012. № 1 (34). С. 106–111. EDN: OUJYGB

17. Kurmangalieva A.I., Anikanova L.A., Volkova O.V., Kudyakov A.I., Sarkisov Yu.S., Abzaev Yu.A. Activation of Hardening Processes of Fluorogypsum Compositions by Chemical Additives of Sodium Salts // ChemChemTech. 2020. V. 63. № 8. P. 73-80. DOI: 10.6060/ivkkt.20206308.6137. EDN: IRNXEH