RU2768884C2 - Complex additive for silicate composite materials and method for its preparation - Google Patents
Complex additive for silicate composite materials and method for its preparation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2768884C2 RU2768884C2 RU2021123273A RU2021123273A RU2768884C2 RU 2768884 C2 RU2768884 C2 RU 2768884C2 RU 2021123273 A RU2021123273 A RU 2021123273A RU 2021123273 A RU2021123273 A RU 2021123273A RU 2768884 C2 RU2768884 C2 RU 2768884C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cement
- complex additive
- additive
- carbon black
- strength
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B14/38—Fibrous materials; Whiskers
- C04B14/40—Asbestos
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
- C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
- C04B40/0039—Premixtures of ingredients
- C04B40/0046—Premixtures of ingredients characterised by their processing, e.g. sequence of mixing the ingredients when preparing the premixtures
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к составам добавок, используемых при производстве композиций строительного назначения на основе портландцемента. В последние годы популярность набирает модификация строительных композитов путем направленного регулирования их структуры и свойств за счет введения дисперсных добавок различного генезиса.The invention relates to the field of building materials, in particular to the compositions of additives used in the production of construction compositions based on Portland cement. In recent years, the modification of building composites has been gaining popularity by directional regulation of their structure and properties through the introduction of dispersed additives of various genesis.
К одним из наиболее широко применяемых модификаторов цементных композитов относятся добавки на основе углеродсодержащих наномодификаторов, функционализированных различными ПАВ. Данные углеродные синтетические добавки включают в себя многослойные углеродные нанотрубки, изостатический графит, графен, оксид графена и восстановленный оксид графена. Кроме того, популярны нанодобавки на основе кремний- и кислородсодержащих групп, характеризующиеся химическим сродством с продуктами гидратации цемента ввиду возможности протекания пуццолановых реакций. К таким добавкам относятся нанокремнезем, аэросил, наносиликат и другие. Различный механизм влияния описанных модификаторов на структуру и свойства композиционных материалов на основе портландцемента обуславливает возможность их комплексного использования с целью регулирования структуры цементных композитов, повышения их механической прочности и эксплуатационных характеристик.One of the most widely used modifiers for cement composites are additives based on carbon-containing nanomodifiers functionalized with various surfactants. These carbon synthetic additives include multiwalled carbon nanotubes, isostatic graphite, graphene, graphene oxide, and reduced graphene oxide. In addition, nanoadditives based on silicon and oxygen-containing groups are popular, which are characterized by chemical affinity with cement hydration products due to the possibility of pozzolanic reactions. Such additives include nanosilica, aerosil, nanosilicate, and others. The different mechanism of influence of the described modifiers on the structure and properties of composite materials based on Portland cement makes it possible to use them in combination to regulate the structure of cement composites, increase their mechanical strength and performance characteristics.
Известна комплексная добавка (RU 2626493 C2), в качестве ключевого компонента которой были использованы природные и синтетические цеолиты, структура которых видоизменена углеродными нанотрубками. Комплексная добавка для строительной композиции, включающая, мас. %: цеолит природный или синтетический, модифицированный углеродными нанотрубками в количестве 5-10% от его массы, использовалась для создания строительной композиции на основе цемента (или полуводного гипса). Перемешивание указанных компонентов выполнялось тремя методиками с помощью аппарата вихревого слоя, бисерной мельницы и перемащивающего устройства при оборотах мешалки 60 об/мин. Введение добавки позволило добиться повышения прочности композиции до 36,4% либо снижения расхода цемента за счет повышения активности добавки при сохранении прочностных характеристик бетона.Known complex additive (RU 2626493 C2), as a key component of which were used natural and synthetic zeolites, the structure of which is modified by carbon nanotubes. Complex additive for construction composition, including, wt. %: natural or synthetic zeolite, modified with carbon nanotubes in an amount of 5-10% of its mass, was used to create a building composition based on cement (or semi-aqueous gypsum). The mixing of these components was carried out by three methods using a vortex layer apparatus, a bead mill, and a moving device at a stirrer speed of 60 rpm. The introduction of the additive made it possible to increase the strength of the composition up to 36.4% or reduce the consumption of cement by increasing the activity of the additive while maintaining the strength characteristics of concrete.
Недостатком известной композиции является то, что технологические особенности получения добавки (совместный синтез цеолитов и частиц металлооксидного катализатора) ограничивают ее массовое производство и применение в строительной отрасли.The disadvantage of the known composition is that the technological features of obtaining additives (joint synthesis of zeolites and metal oxide catalyst particles) limit its mass production and use in the construction industry.
Известен также способ комплексной модификации бетонной смеси1(1Эльрефаи А.Э.М.М. Повышение прочности, водонепроницаемости и морозостойкости тяжелого бетона наномодификаторами. автореф. дисс.канд. техн. наук. - Москва. - 2016) путем совместного введения пластификатора DC-5, комбинированного аморфного диоксида кремния и водной дисперсии УНТ, в количестве мас. % от массы цемента: пластификатор DC-5 - 0,5, комбинированного аморфного диоксида кремния - 3, водной дисперсии «Fulvek-100» - 0,25. Максимальный прирост прочности на сжатие цементного бетона при введении добавок в указанном количестве составляет 84,6% относительно значения контрольного образца. Кроме того, такая комбинация модификаторов способствует ускорению набора прочности бетона: на 7 сутки твердения прирост прочности составил 94,6%. Изменяется также структура материала с повышением плотности и бездефектности.There is also a method of complex modification of the concrete mixtureone(oneElrefai A.E.M.M. Increasing the strength, water resistance and frost resistance of heavy concrete with nanomodifiers. abstract diss. tech. Sciences. - Moscow. - 2016) by the joint introduction of the plasticizer DC-5, combined amorphous silicon dioxide and an aqueous dispersion of CNTs, in the amount of wt. % by weight of cement: plasticizer DC-5 - 0.5, combined amorphous silicon dioxide - 3, aqueous dispersion "Fulvek-100" - 0.25. The maximum increase in compressive strength of cement concrete with the introduction of additives in the specified amount is 84.6% relative to the value of the control sample. In addition, such a combination of modifiers contributes to the acceleration of concrete strength development: on the 7th day of hardening, the increase in strength was 94.6%. The structure of the material also changes with an increase in density and defect-freeness.
Недостатком данного способа модификации цементных композитов является высокая стоимость синтезированных углеродных нанодобавок, а также ограниченная доступность комбинированного аморфного диоксида кремния на отечественном рынке.The disadvantage of this method of modification of cement composites is the high cost of the synthesized carbon nanoadditives, as well as the limited availability of the combined amorphous silicon dioxide in the domestic market.
Наиболее близким аналогом предложенного изобретения является состав комплексной добавки для бетонной смеси на основе концентрированного стабильного гидротермального золя SiO2 (ТУ 2111-001-97849280-2014) и стабильных водных суспензий наночастиц МУНТ с суперпластификатором (ТУ BY 691460594.002-2016), используемая для повышения механических характеристик бетона (RU 2750497 C1). В случае модификации комплексной добавкой, разработанная композиция включает в себя следующие компоненты при указанном соотношении, мас. %: портландцемент 14-16; песок 38-40; щебень 41-43; комплексная добавка (относительно цемента) 0,8; суперпластификатор 0,32-0,4; МУНТ 0,00004-0,05; гидротермальные наночастицы SiO2 0,000003-0,01; вода (В/Ц-0,15-0,5). Данная модификация позволяет добиться повышения прочностных характеристик материала, модулей Юнга и сдвига, плотности, повысить скорость набора прочности материала и, соответственно, раннюю прочность композита а также приводит к снижению водопоглощения и улучшения показателей поровой структуры материала.The closest analogue of the proposed invention is the composition of a complex additive for a concrete mixture based on a concentrated stable hydrothermal sol SiO2 (TU 2111-001-97849280-2014) and stable aqueous suspensions of MWCNT nanoparticles with a superplasticizer (TU BY 691460594.002-2016), used to improve the mechanical characteristics concrete (RU 2750497 C1). In the case of modification with a complex additive, the developed composition includes the following components at the specified ratio, wt. %: Portland cement 14-16; sand 38-40; crushed stone 41-43; complex additive (relative to cement) 0.8; superplasticizer 0.32-0.4; MWCNT 0.00004-0.05; hydrothermal SiO2 nanoparticles 0.000003-0.01; water (W / C-0.15-0.5). This modification makes it possible to achieve an increase in the strength characteristics of the material, Young's moduli and shear, density, increase the rate of strength gain of the material and, accordingly, the early strength of the composite, and also leads to a decrease in water absorption and an improvement in the pore structure of the material.
Недостатком данного способа модификации является сложная технология их получения добавок, приводящая к высокой стоимости добавок и, как следствие, снижению экономической эффективности от их внедрения.The disadvantage of this method of modification is the complex technology for their production of additives, which leads to a high cost of additives and, as a result, a decrease in the economic efficiency of their implementation.
Технической задачей настоящего изобретения является разработка комплексной добавки на основе модификаторов различного генезиса, способных проявлять синергетический эффект при введении в состав силикатных композиционных материалов, приводя к повышению их физико-механических характеристик за счет изменения процесса структурообразования цементной матрицы.The technical objective of the present invention is the development of a complex additive based on modifiers of various genesis, capable of exhibiting a synergistic effect when introduced into the composition of silicate composite materials, leading to an increase in their physical and mechanical characteristics by changing the process of structure formation of the cement matrix.
Поставленная задача в настоящем изобретении достигается тем, что комплексная добавка для силикатных композитов, содержащая хризотил-асбест и технический углерод, содержит указанные компоненты при следующем соотношении по массе: волокна хризотил-асбеста: частицы технического углерода - 5:1.The task in the present invention is achieved by the fact that the complex additive for silicate composites containing chrysotile asbestos and carbon black contains these components in the following ratio by weight: chrysotile asbestos fibers: carbon black particles - 5:1.
Волокна хризотил-асбеста вводятся в состав комплексной добавки в виде водной дисперсии, стабилизированной ПАВ на основе полиметиленнафталинсульфонатного суперпластификатора С-3. Содержание компонентов в дисперсии принимается в следующем соотношении, (мас. %): вода - 88, хризотиловые волокна - 10, С-3 - 2.Chrysotile-asbestos fibers are introduced into the composition of the complex additive in the form of an aqueous dispersion stabilized by a surfactant based on polymethylenenaphthalenesulfonate superplasticizer C-3. The content of components in the dispersion is taken in the following ratio, (wt.%): water - 88, chrysotile fibers - 10, C-3 - 2.
Безопасность потребителей, которая на данный момент является основным ограничивающим фактором применения хризотиловых волокон в строительных материалах, обеспечивается, в свою очередь, тем, что в готовых изделиях волокна хризотил-асбеста находятся в физико-химическом связанном состоянии, при этом человек непосредственному контакту с ними не подвергается. Кроме того, концентрация дисперсной фазы добавки в изделиях не превышает 0,1%, что максимально снижает риск развития заболеваний, связанных с воздействием хризотила на организм человека.Consumer safety, which is currently the main limiting factor in the use of chrysotile fibers in building materials, is ensured, in turn, by the fact that chrysotile asbestos fibers in finished products are in a physical and chemical bound state, while a person does not have direct contact with them. exposed. In addition, the concentration of the dispersed phase of the additive in products does not exceed 0.1%, which minimizes the risk of developing diseases associated with the impact of chrysotile on the human body.
Технический углерод при производстве комплексной добавки целесообразно применять в виде строительной сажи по ГОСТ 7885-86, представленной в составе пигментных паст2(2Универсальные пигментные концентраты UPC URL: https://industrial.palizh.ru/pigmentnye-pasty/universalnye-pigmentnye-koncentraty-upc (дата обращения 07.07.20211).In the production of a complex additive, it is advisable to use carbon black in the form of building black according to GOST 7885-86, presented in the composition of pigment pastes 2 koncentraty-upc (accessed 07.07.20211).
Совместное использование описанных компонентов в составе комплексной добавки приводит к проявлению синергетического эффекта, позволяющего эффективно применять предлагаемую добавку для повышения плотности, прочности, водонепроницаемости, морозостойкости и сопротивления истираемости цементных композиционных материалов за счет направленного изменения структуры цементной матрицы.The combined use of the described components in the composition of the complex additive leads to the manifestation of a synergistic effect, which makes it possible to effectively use the proposed additive to increase the density, strength, water resistance, frost resistance and abrasion resistance of cement composite materials due to a directed change in the structure of the cement matrix.
Особенности приготовления прототипа комплексной добавки, рецептура которой описана выше, а также композиций на ее основе рассмотрим на примере.We will consider the features of preparing a prototype of a complex additive, the formulation of which is described above, as well as compositions based on it, using an example.
Для приготовления комплексной добавки-прототипа использовался хризотил Баженовского месторождения сорта 7-370, полиметиленнафталинсульфонатный суперпластификатор С-3 по ТУ 5745-004-43184789-05 и питьевая вода при следующем соотношении компонентов масс. %: вода - 80, волокна хризотила - 10, суперпластификатор С-3 - 2. Получение дисперсии производилось в кавитационном диспергаторе на базе вихревого теплогенератора мощностью 2,2 кВт3(3Лабораторная установка для диспергирования текучих эмульсий и суспензий / Пудов И.А., Яковлев Г.И., Грахов В.П., Шайбадуллина А.В., Первушин Г.Н., Полянских И.С, Гордина А.Ф., Хазеев Д.Р., Карпова Е.А. / RU 2681624), принцип работы которого основан на использовании возобновляемой энергии воды при схлопывании кавитационных пузырьков, трении и синтезе молекул воды. Обработка дисперсии занимала 30 минут. В результате была получена метастабильная дисперсия волокон хризотил-асбеста.For the preparation of a complex prototype additive, chrysotile of the Bazhenov deposit grade 7-370, polymethylenenaphthalenesulfonate superplasticizer C-3 according to TU 5745-004-43184789-05 and drinking water were used in the following ratio of mass components. %: water - 80, chrysotile fibers - 10, superplasticizer C-3 - 2. The dispersion was produced in a cavitation disperser based on a vortex heat generator with a power of 2.2 kW 3 ( 3 Laboratory installation for dispersing fluid emulsions and suspensions / Pudov I.A. , Yakovlev G.I., Grakhov V.P., Shaybadullina A.V., Pervushin G.N., Polyanskikh I.S., Gordina A.F., Khazeev D.R., Karpova E.A. / RU 2681624 ), the principle of operation of which is based on the use of renewable energy of water during the collapse of cavitation bubbles, friction and the synthesis of water molecules. The processing of the dispersion took 30 minutes. As a result, a metastable dispersion of chrysotile asbestos fibers was obtained.
Дисперсионный анализ водной дисперсии хризотиловых волокон с помощью лазерного анализатора показал, что средний размер частиц в дисперсии составляет 46 нм, что было дополнительно подтверждено изучением микроструктуры дисперсии с помощью СЭМ.Dispersion analysis of an aqueous dispersion of chrysotile fibers using a laser analyzer showed that the average particle size in the dispersion is 46 nm, which was further confirmed by studying the microstructure of the dispersion using SEM.
В качестве носителя технического углерода использовалась пигментная паста по ТУ 2316-001-49630959-02, содержащая частицы технического углерода в количестве 34%. Также в состав пасты входила вода, анионное ПАВ, гликоль, наполнитель и добавки. Повышение дисперсности и гомогенности системы достигалось путем ее ультразвуковой обработки в течение 10 минут. Размер частиц технического углерода в составе пигментной пасты, установленный с помощью лазерного анализатора, составил 30-120 нм, что было подтверждено исследованием микроструктуры добавки.As a carbon black carrier, a pigment paste according to TU 2316-001-49630959-02 was used, containing carbon black particles in an amount of 34%. The paste also included water, an anionic surfactant, glycol, filler and additives. An increase in the dispersion and homogeneity of the system was achieved by its ultrasonic treatment for 10 minutes. The particle size of carbon black in the composition of the pigment paste, set using a laser analyzer, was 30-120 nm, which was confirmed by a study of the microstructure of the additive.
Получение комплексной добавки достигалось путем перемешивания указанных компонентов вместе с водой затворения.Obtaining a complex additive was achieved by mixing these components together with mixing water.
Для подбора оптимального соотношения компонентов добавок и оценки их влияния на состав и свойства цементных композитов, проводились испытания образцов модифицированных комплексной добавкой с различными соотношениями компонентов, согласно стандартной методике испытания цементов с использованием полифракционного песка.To select the optimal ratio of additive components and evaluate their effect on the composition and properties of cement composites, samples modified with a complex additive with different ratios of components were tested according to the standard cement test method using polyfractional sand.
В качестве вяжущего использовался портландцемент Цем I 32,5 Н производства ООО «Тимлюйский цементный завод». Водоцементное отношение во всех случаях составляло В/Ц=0,45. В качестве мелкого заполнителя был использован природный речной песок (песчано-гравийное месторождение р. Кама, п. Новый, Боткинский район, УР) с модулем крупности Мк=2,0. Соотношение по массе мелкого заполнителя и цемента в составе композиции составляло 3:1.Portland cement Cem I 32.5 N produced by LLC "Timlyuisky cement plant" was used as a binder. The water-cement ratio in all cases was W/C=0.45. Natural river sand (sand and gravel deposit of the Kama river, Novy settlement, Botkinsky district, UR) with fineness modulus Mk=2.0 was used as a fine aggregate. The ratio by weight of fine aggregate and cement in the composition was 3:1.
Механические испытания цементной матрицы контрольного состава и состава, модифицированного комплексной добавкой, проводились на стандартных образцах-балочках цементно-песчаного раствора размером 160*40*40 мм, на 1 сутки после твердения в условиях тепло-влажностной обработки. Концентрация добавок хризотил-асбеста и технического углерода принималась из расчета количества дисперсной фазы модификаторов от массы вяжущего.Mechanical tests of the cement matrix of the control composition and the composition modified with a complex additive were carried out on standard samples-beams of a cement-sand mortar 160 * 40 * 40 mm in size, 1 day after hardening under conditions of heat and moisture treatment. The concentration of additives of chrysotile asbestos and technical carbon was taken from the calculation of the amount of the dispersed phase of modifiers from the mass of the binder.
Компоненты добавки вводились в цементно-песчаную смесь вместе с водой затворения в количестве дисперсной фазы: хризотиловых волокон - от 0,01 до 0,1% от массы цемента, технического углерода - от 0,005 до 0,1% от массы цемента. Результаты испытания образцов представлены в таблице 1.The components of the additive were introduced into the cement-sand mixture together with mixing water in the amount of the dispersed phase: chrysotile fibers - from 0.01 to 0.1% by weight of cement, carbon black - from 0.005 to 0.1% by weight of cement. The results of testing samples are presented in table 1.
Максимальное повышение прочности цементно-песчаного раствора было достигнуто при совместном введении добавки хризотил-асбеста в количестве 0,05% от массы цемента и технического углерода в количестве 0,01% и более. В данном случае, прочность образца на сжатие повышается на 31,9%, а на изгиб на 26,7%.The maximum increase in the strength of the cement-sand mortar was achieved with the joint introduction of an additive of chrysotile asbestos in an amount of 0.05% by weight of cement and carbon black in an amount of 0.01% or more. In this case, the compressive strength of the sample increases by 31.9%, and the bending strength by 26.7%.
При этом, дальнейшее повышение количества добавки хризотил-асбеста приводит к нивелированию эффекта от ее введения, очевидно, ввиду тенденции волокон к повторной агломерации вследствие действия Ван-дер-Ваальсовых сил, что приводит к концентрации напряжений в цементной матрице в местах локальных сгустков волокон, связанных между собой только силами межмолекулярного взаимодействия, что вызывает разрушение материала.At the same time, a further increase in the amount of chrysotile asbestos additive leads to a leveling of the effect of its introduction, obviously, due to the tendency of the fibers to re-agglomerate due to the action of van der Waals forces, which leads to stress concentration in the cement matrix in places of local clumps of fibers connected between themselves only by the forces of intermolecular interaction, which causes the destruction of the material.
Максимальный эффект от введения технического углерода на свойства цементной матрицы в присутствии хризотила достигается при концентрации добавки 0,01% от массы цемента. Дальнейшее повышение концентрации добавки не приводит к снижению прочности цементной матрицы, как в случае волокон хризотила, однако и не повышает ее, поэтому наиболее экономически эффективным вариантом является применение добавки в количестве 0,01%. При этом повышение концентрации добавки до 7% от массы цемента приводит к снижению электрического сопротивления силикатных композиций, что может быть использовано при производстве изделий и конструкций с повышенной электропроводимостью.The maximum effect from the introduction of carbon black on the properties of the cement matrix in the presence of chrysotile is achieved at an additive concentration of 0.01% by weight of cement. A further increase in the concentration of the additive does not lead to a decrease in the strength of the cement matrix, as in the case of chrysotile fibers, however, it does not increase it, so the most cost-effective option is to use an additive in an amount of 0.01%. At the same time, an increase in the concentration of the additive to 7% by weight of cement leads to a decrease in the electrical resistance of silicate compositions, which can be used in the manufacture of products and structures with increased electrical conductivity.
С целью установления характеристик цементных композиций, модифицированных комплексной добавкой с оптимальным соотношением компонентов, проводились экспериментальные исследования мелкозернистого бетона по прочности на сжатие. Определение механической прочности и пористости проводилось на образцах-кубах мелкозернистого бетона размером 100*100*100 мм с соотношением мелкий заполнитель: цемент 1:3 через 1 сутки твердения в условиях ТВО согласно стандартной методике. Результаты испытания образцов представлены в таблице 2. Отмечается, что при твердении в условиях тепло-влажностной обработки применяемая модифицирующяя добавка повысила предел прочности мелкозернистого бетона на сжатие на 29,4%.In order to establish the characteristics of cement compositions modified with a complex additive with an optimal ratio of components, experimental studies of fine-grained concrete in terms of compressive strength were carried out. Determination of mechanical strength and porosity was carried out on samples-cubes of fine-grained concrete with a size of 100*100*100 mm with a ratio of fine aggregate: cement 1:3 after 1 day of hardening under HTT conditions according to the standard method. The results of testing the samples are presented in Table 2. It is noted that during hardening under conditions of heat and moisture treatment, the applied modifying additive increased the compressive strength of fine-grained concrete by 29.4%.
Изменение процесса структурообразования и конечной структуры цементной матрицы в результате ее модификации комплексной добавкой, позволяет предположить, что за счет направленного роста кристаллов в насыщенном растворе уменьшится количество микропор и капилляров. С целью изучения структуры пор и водопоглощения образцов в случае их модификации комплексной добавкой, проводились исследования параметров пористости по кинетике водопоглощения материала при дискретном взвешивании на образцах-кубах размером 7,08×7,08×7,08 см в возрасте 28 суток. Марка образцов по водонепроницаемости определялась методом "мокрого пятна". Результаты исследования пористости и водонепроницаемости образцов представлены в таблице 3.The change in the process of structure formation and the final structure of the cement matrix as a result of its modification with a complex additive suggests that the number of micropores and capillaries will decrease due to the directed growth of crystals in a saturated solution. In order to study the structure of pores and water absorption of samples in the case of their modification with a complex additive, studies of porosity parameters were carried out according to the kinetics of water absorption of the material during discrete weighing on cube samples 7.08 × 7.08 × 7.08 cm in size at the age of 28 days. The water resistance grade of the samples was determined by the "wet spot" method. The results of the study of porosity and water resistance of the samples are presented in table 3.
Исследование пористости образцов показало, что введение комплексной добавки способствует снижению общей пористости образцов на 18%. Кроме того, снижется объем открытых капиллярных пор на 43%. При этом содержание условно-закрытых пор увеличилось в 5 раз. Марка по водонепроницаемости образцов повысилась с W6 до W12.The study of the porosity of the samples showed that the introduction of a complex additive helps to reduce the total porosity of the samples by 18%. In addition, the volume of open capillary pores will decrease by 43%. At the same time, the content of conditionally closed pores increased by 5 times. The water resistance grade of the samples has been upgraded from W6 to W12.
Отмеченное снижение пористости образцов и уплотнение упаковки продуктов гидратации цемента может также быть причиной повышения сопротивления к истираемости бетонных изделий. Кроме того, снижение открытой капиллярной пористости приводит к уменьшению фильтрации воды в бетоне, что положительно влияет на различные физико-механические свойства бетона, такие как морозостойкость, а также сопротивление проникновению агрессивных агентов и высолообразованию. Кроме того, меньшее количество открытых пор может привести к уменьшению усадки при высыхании, что способствует снижению трещинообразования. Повышение количества условно закрытых пор, в то же время, может дополнительно поспособствовать повышению морозостойкости материала, снижая необходимость введения воздухововлекающих добавок.The noted decrease in the porosity of the samples and the compaction of the packaging of cement hydration products can also be the reason for the increase in the resistance to abrasion of concrete products. In addition, a decrease in open capillary porosity leads to a decrease in water filtration in concrete, which has a positive effect on various physical and mechanical properties of concrete, such as frost resistance, as well as resistance to the penetration of aggressive agents and efflorescence. In addition, fewer open pores can result in less dry shrinkage, which helps reduce cracking. An increase in the number of conditionally closed pores, at the same time, can additionally contribute to an increase in the frost resistance of the material, reducing the need for the introduction of air-entraining additives.
Исследования микроструктуры композитов (Фиг. 1) были проведены на сканирующем электронном микроскопе Quattro ESEM Thermo Fisher Scientific с разрешением до 0,8 нм (ЦКП «Поверхность и новые материалы», Удмуртский ФИЦ УрО РАН, г. Ижевск). На Фиг. 1 и Фиг. 2 представлены СЭМ-изображения цементных композитов контрольного состава и состава, модифицированного комплексной добавкой на основе дисперсий технического углерода в дозировке 0,01% от массы цемента и хризотиловых волокон в количестве 0,05% от массы цемента. Отмечается значительное изменение микроморфологии цементного камня с замещением игольчатых продуктов гидратации цемента аморфной фазой гидросиликата кальция C-S-Н. Формирование более плотной микроструктуры при введении добавки позволяет получать более плотные цементные композиты с повышенными прочностными и эксплуатационными характеристиками.Studies of the microstructure of the composites (Fig. 1) were carried out on a Quattro ESEM Thermo Fisher Scientific scanning electron microscope with a resolution of up to 0.8 nm (Central Collective Use Center "Surface and New Materials", Udmurt Federal Research Center, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Izhevsk). On FIG. 1 and FIG. 2 shows SEM images of cement composites of the control composition and the composition modified with a complex additive based on dispersions of technical carbon at a dosage of 0.01% by weight of cement and chrysotile fibers in an amount of 0.05% by weight of cement. There is a significant change in the micromorphology of cement stone with the replacement of needle-like products of cement hydration with an amorphous phase of calcium hydrosilicate C-S-H. The formation of a denser microstructure with the introduction of an additive makes it possible to obtain denser cement composites with improved strength and performance characteristics.
На Фиг. 3 и Фиг. 4 показана поверхность волокон хризотил асбеста (фиг. 3) и технического углерода (фиг. 4), покрытая продуктами гидратации цемента. Данные снимки микроструктуры подтверждают склонность вторичных новообразований к направленному росту относительно модификатора. Такое расположение частиц, а также тенденция к формированию кристаллогидратов на их поверхности способствуют заполнению порового пространства в цементных композитах продуктами гидратации портландцемента, что повышает плотность структуры и приводит к повышению прочностных характеристик материала.On FIG. 3 and FIG. 4 shows the surface of fibers of chrysotile asbestos (Fig. 3) and carbon black (Fig. 4), covered with cement hydration products. These images of the microstructure confirm the tendency of secondary neoplasms to directed growth relative to the modifier. This arrangement of particles, as well as the tendency to form crystalline hydrates on their surface, contribute to filling the pore space in cement composites with Portland cement hydration products, which increases the density of the structure and leads to an increase in the strength characteristics of the material.
Таким образом, предлагаемая комплексная добавка обладает широкими возможностями регулирования структуры и свойств композиционных материалов строительного назначения на основе портландцемента.Thus, the proposed complex additive has ample opportunities to control the structure and properties of composite materials for building purposes based on Portland cement.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021123273A RU2768884C2 (en) | 2021-08-02 | 2021-08-02 | Complex additive for silicate composite materials and method for its preparation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021123273A RU2768884C2 (en) | 2021-08-02 | 2021-08-02 | Complex additive for silicate composite materials and method for its preparation |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021123273A RU2021123273A (en) | 2021-10-11 |
| RU2021123273A3 RU2021123273A3 (en) | 2022-02-25 |
| RU2768884C2 true RU2768884C2 (en) | 2022-03-25 |
Family
ID=78261341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021123273A RU2768884C2 (en) | 2021-08-02 | 2021-08-02 | Complex additive for silicate composite materials and method for its preparation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2768884C2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU564283A1 (en) * | 1976-02-02 | 1977-07-05 | Государственный Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Цементной Промышленности | Complex admixture to cement compositions |
| RU2433038C1 (en) * | 2010-02-08 | 2011-11-10 | Владимир Александрович Перфилов | Method to make modified fibrous concrete mixture and modified fibrous mixture |
| RU2626493C2 (en) * | 2015-06-01 | 2017-07-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Building composition and complex additive for building composition |
| US10584072B2 (en) * | 2017-05-17 | 2020-03-10 | Eden Innovations Ltd. | Methods and systems for making nanocarbon particle admixtures and concrete |
| RU2750497C1 (en) * | 2020-11-23 | 2021-06-28 | Вадим Владимирович Потапов | Method for modifying concrete with complex additive including hydrothermal sio2 nanoparticles and multilayer carbon nanotubes |
-
2021
- 2021-08-02 RU RU2021123273A patent/RU2768884C2/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU564283A1 (en) * | 1976-02-02 | 1977-07-05 | Государственный Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Цементной Промышленности | Complex admixture to cement compositions |
| RU2433038C1 (en) * | 2010-02-08 | 2011-11-10 | Владимир Александрович Перфилов | Method to make modified fibrous concrete mixture and modified fibrous mixture |
| RU2626493C2 (en) * | 2015-06-01 | 2017-07-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Building composition and complex additive for building composition |
| US10584072B2 (en) * | 2017-05-17 | 2020-03-10 | Eden Innovations Ltd. | Methods and systems for making nanocarbon particle admixtures and concrete |
| RU2750497C1 (en) * | 2020-11-23 | 2021-06-28 | Вадим Владимирович Потапов | Method for modifying concrete with complex additive including hydrothermal sio2 nanoparticles and multilayer carbon nanotubes |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2021123273A (en) | 2021-10-11 |
| RU2021123273A3 (en) | 2022-02-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Paul et al. | Properties of cement-based composites using nanoparticles: A comprehensive review | |
| Najigivi et al. | Investigating the effects of using different types of SiO2 nanoparticles on the mechanical properties of binary blended concrete | |
| Jo et al. | Investigations on the development of powder concrete with nano-SiO 2 particles | |
| Maheswaran et al. | An overview on the influence of nano silica in concrete and a research initiative | |
| Elkady et al. | Effect of nano silica de-agglomeration, and methods of adding super-plasticizer on the compressive strength, and workability of nano silica concrete | |
| Wang et al. | Synergistic effect of nano-silica and silica fume on hydration properties of cement-based materials | |
| Madhavi et al. | Effect of multiwalled carbon nanotubes on mechanical properties of concrete | |
| Akarsh et al. | Influence of graphene oxide on properties of concrete in the presence of silica fumes and M-sand | |
| Kumari et al. | Nanoparticles for enhancing mechanical properties of fly ash concrete | |
| Khuzin et al. | Processes of structure formation and paste matrix hydration with multilayer carbon nanotubes additives | |
| Arabani et al. | Use of nanoclay for improvement the microstructure and mechanical properties of soil stabilized by cement | |
| El-Feky et al. | Indirect sonication effect on the dispersion, reactivity, and microstructure of ordinary portland cement matrix. | |
| Moslemi et al. | Application of nano silica in concrete for enhanced resistance against sulfate attack | |
| Kundanati et al. | Study on mechanical properties of mortar using alccofine and graphene oxide | |
| Sldozian et al. | Improve the mechanical properties of lightweight foamed concrete by using nanomodified sand | |
| DEVI et al. | Mechanical and durability performance of concrete incorporating graphene oxide | |
| Ahmed et al. | Naphthalene-sulfonate-based super-plasticizer and ultra-sonication effects on the dispersion of CNT in cement composites subjected to cyclic loading | |
| Alla et al. | RETRACTED: Investigation on fluidity, microstructure, mechanical and durability properties of snail shell based graphene oxide cement composite material | |
| Hase et al. | Properties of high strength concrete incorporating colloidal nano-Al2O3 | |
| RU2768884C2 (en) | Complex additive for silicate composite materials and method for its preparation | |
| Borja et al. | Synthesis of nano-silica as a promising route of recycling phosphate waste rocks and its incorporation in mortars | |
| Win et al. | Chemo-physical mechanisms of high-strength cement composites with suprastructure of graphene quantum dots | |
| Kaur et al. | Durability of cementitious mortar: Incorporation of highly dispersed superplasticizer modified graphene oxide in fly ash blended mortar | |
| Zaki et al. | Evaluating the effect of using nano bentonite on strength and durability of concrete | |
| Abinayaa et al. | Improving the properties of concrete using carbon nanotubes |