Розроблення наномодифікованих швидкотверднучих клінкер-ефективних бетонів на основі портландцементів композиційних

Автор(и)

  • Tetiana Kropyvnytska Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013, Україна https://orcid.org/0000-0003-0396-852X
  • Myroslav Sanytsky Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013, Україна https://orcid.org/0000-0002-8609-6079
  • Teresa Rucińska Західно-Поморський технологічний університет в Щецині вул. Піастов, 50, м. Щецин, Польща, 70-310, Польща https://orcid.org/0000-0003-2550-2480
  • Oksana Rykhlitska Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013, Україна https://orcid.org/0000-0002-6603-9915

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.185111

Ключові слова:

клінкер-ефективний бетон, портландцемент композиційний, суперпластифікатор полікарбоксилатного типу, лужний активатор, наносиліка, рання міцність, показник емісії СО2

Анотація

Показано, що значне зниження «вуглецевого сліду» у технології будівельного виробництва досягається за рахунок виготовлення клінкер-ефективних бетонів на основі портландцементів композиційних. Проведеними дослідженнями встановлено, що нерівномірний розподіл зернових фракцій суміші заповнювачів та їх підвищена загальна питома поверхня призводять до збільшення водопотреби, розшарування, водовідділення бетонної суміші та зниження міцності бетону. Для досягнення більш високої щільності упаковки зерен реалізовано підхід, який грунтується на оптимізації гранулометричного складу компонентів бетонної суміші. Встановлено, що підвищені показники ранньої міцності бетонів на основі низькоемісійних композиційних цементів досягаються за рахунок введення суперпластифікаторів на основі ефіру полікарбоксилату (РСЕ) та сульфатно-лужної активації. Для встановлення зв'язку між екологічними та технічними властивостями бетону визначено ефективність клінкеру в бетоні. Збільшення міцності модифікованого бетону на основі портландцементу композиційного СEM II/B-M 32,5 R (клінкер-фактор 0,65) призводить до суттєвого зниження питомої витрати клінкеру на одиницю міцності до 4,5…3,0 кг/(м3.МПа); відповідно СО2-інтенсивність складає 3,9...2,6 кг СО2/(м3.МПа). Значна інтенсифікація процесів раннього структуроутворення наномодифікованих клінкер-ефективних бетонів забезпечується за рахунок комплексного підходу: оптимізації суміші компонентів, введення суперпластифікатора РСЕ та наномодифікаторів. З використанням методу лазерної дифракції доведено, що основний вклад у розвиток питомої поверхні наномодифікованої цементуючої матриці вносять ультратонкі частинки (Kisa=761,2 мкм-1.vol. %)  нано-SiO2. Встановлено, що синергетичне поєднання мінеральних добавок в портландцементі композиційному та комплексного наномодифікатора «PCE+нано-SiO2+C-S-H» забезпечує підвищені показники особливо ранньої міцності (Rc12год=6,4 МПа) та одержання бетонів класу С50/60 із швидким наростанням міцності (fcm2/fcm28=0,51). Таким чином, є підстави стверджувати про доцільність розроблення наномодифікованих клінкер-ефективних бетонів з метою забезпечення швидких темпів будівництва та вирішення проблем, пов’язаних з необхідністю реалізації стратегії низьковуглецевого розвитку

Біографії авторів

Tetiana Kropyvnytska, Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра будівельного виробництва

Myroslav Sanytsky, Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра будівельного виробництва

Teresa Rucińska, Західно-Поморський технологічний університет в Щецині вул. Піастов, 50, м. Щецин, Польща, 70-310

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра будівельної фізики та будівельних матеріалів

Oksana Rykhlitska, Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013

Аспірант

Кафедра будівельного виробництва

Посилання

  1. Miller, S. A., John, V. M., Pacca, S. A., Horvath, A. (2018). Carbon dioxide reduction potential in the global cement industry by 2050. Cement and Concrete Research, 114, 115–124. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2017.08.026
  2. Aïtcin, P.-C., Wilson, W. (2014). Cements of today, concretes of tomorrow. Cement, Wapno, Beton, 6, 349–358.
  3. Schneider, M. (2019). The cement industry on the way to a low-carbon future. Cement and Concrete Research, 124, 105792. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.105792
  4. Scrivener, K. L., John, V. M., Gartner, E. M. (2018). Eco-efficient cements: Potential economically viable solutions for a low-CO2 cement-based materials industry. Cement and Concrete Research, 114, 2–26. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.03.015
  5. Barnat-Hunek, D., Szymańska-Chargot, M., Jarosz-Hadam, M., Łagód, G. (2019). Effect of cellulose nanofibrils and nanocrystals on physical properties of concrete. Construction and Building Materials, 223, 1–11. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.06.145
  6. Fic, S., Klonica, M., Szewczak, A. (2015). Adhesive properties of low molecular weight polymer modified with nanosilica and disintegrated ultrasonically for application in waterproofing ceramics. Polimery, 61 (11/12), 730–734. doi: https://doi.org/10.14314/polimery.2015.730
  7. Kalashnikov, V. I. (2011). Super- and hyper-plasticizers. Silica fumes. A new generation of concretes with low specific cement consumption per strength unit. International Analytical Review «ALITinform: Cement. Concrete. Dry Mixtures», 4 (21), 60–69.
  8. Proske, T., Rezvani, M., Palm, S., Müller, C., Graubner, C.-A. (2018). Concretes made of efficient multi-composite cements with slag and limestone. Cement and Concrete Composites, 89, 107–119. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2018.02.012
  9. Wolter, A., Palm, S. (2012). Current development of multicomposite cements and its main componen’ts. Weimar Gipstagung.
  10. Sanytsky, M., Kropyvnytska, T., Kruts, T., Horpynko, O., Geviuk, I. (2018). Design of Rapid Hardening Quaternary Zeolite-Containing Portland-Composite Cements. Key Engineering Materials, 761, 193–196. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.761.193
  11. Bolte, G., Zajac, M., Skocek, J., Ben Haha, M. (2019). Development of composite cements characterized by low environmental footprint. Journal of Cleaner Production, 226, 503–514. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.04.050
  12. Chen, J. J., Ng, P. L., Kwan, A. K. H., Li, L. G. (2019). Lowering cement content in mortar by adding superfine zeolite as cement replacement and optimizing mixture proportions. Journal of Cleaner Production, 210, 66–76. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.11.007
  13. Kropyvnytska, T., Rucinska, T., Ivashchyshyn, H., Kotiv, R. (2019). Development of Eco-Efficient Composite Cements with High Early Strength. Lecture Notes in Civil Engineering, 211–218. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-27011-7_27
  14. Lesovik, V. S., Elistratkin, M. Y., Glagolev, E. S., Voronov, V. V., Absimetov, M. V. (2019). Non-Autoclaved Aerated Concrete on the Basis of Composite Binder Using Technogenic Raw Materials. Materials Science Forum, 945, 205–211. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.945.205
  15. Runova, R., Gots, V., Rudenko, I., Konstantynovskyi, O., Lastivka, O. (2018). The efficiency of plasticizing surfactants in alkali-activated cement mortars and concretes. MATEC Web of Conferences, 230, 03016. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201823003016
  16. Sobol, K., Blikharskyy, Z., Petrovska, N., Terlyha, V. (2014). Analysis of Structure Formation Peculiarities during Hydration of Oil-Well Cement with Zeolitic Tuff and Metakaolin Additives. Chemistry & Chemical Technology, 8 (4), 461–465. doi: https://doi.org/10.23939/chcht08.04.461
  17. Pushkarova, K., Kaverin, K., Kalantaevskiy, D. (2015). Research of high-strength cement compositions modified by complex organic-silica additives. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (5 (77)), 42–51. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.51836
  18. Ivashchyshyn, H., Sanytsky, M., Kropyvnytska, T., Rusyn, B. (2019). Study of low-emission multi-component cements with a high content of supplementary cementitious materials. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (6 (100)), 39–47. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.175472
  19. Krivenko, P., Petropavlovskyi, O., Kovalchuk, O. (2018). A comparative study on the influence of metakaolin and kaolin additives on properties and structure of the alkali­activated slag cement and concrete. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (6 (91)), 33–39. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.119624
  20. Savchuk, Y., Plugin, A., Lyuty, V., Pluhin, O., Borziak, O. (2018). Study of influence of the alkaline component on the physico-mechanical properties of the low clinker and clinkerless waterproof compositions. MATEC Web of Conferences, 230, 03018. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201823003018
  21. Gijbels, K., Krivenko, P., Kovalchuk, O., Pasko, A., Schreurs, S., Pontikes, Y., Schroeyers, W. (2020). The influence of porosity on radon emanation in alkali-activated mortars containing high volume bauxite residue. Construction and Building Materials, 230, 116982. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.116982
  22. Krivenko, P., Sanytsky, M., Kropyvnytska, T. (2018). Alkali-Sulfate Activated Blended Portland Cements. Solid State Phenomena, 276, 9–14. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.276.9
  23. Krivenko, P. V., Petropavlovskyi, O., Rudenko, I., Konstantynovskyi, O. P. (2019). The Influence of Complex Additive on Strength and Proper Deformations of Alkali-Activated Slag Cements. Materials Science Forum, 968, 13–19. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.968.13
  24. Sanchez, F., Sobolev, K. (2010). Nanotechnology in concrete – A review. Construction and Building Materials, 24 (11), 2060–2071. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2010.03.014
  25. Abd Elrahman, M., Chung, S.-Y., Sikora, P., Rucinska, T., Stephan, D. (2019). Influence of Nanosilica on Mechanical Properties, Sorptivity, and Microstructure of Lightweight Concrete. Materials, 12 (19), 3078. doi: https://doi.org/10.3390/ma12193078
  26. Kropyvnytska, T., Semeniv, R., Kotiv, R., Kaminskyy, A., Hots, V. (2018). Studying the efect of nano­liquids on the operational properties of brick building structures. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (6 (95)), 27–32. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.145246
  27. Wang, L., Zheng, D., Zhang, S., Cui, H., Li, D. (2016). Effect of Nano-SiO2 on the Hydration and Microstructure of Portland Cement. Nanomaterials, 6 (12), 241. doi: https://doi.org/10.3390/nano6120241
  28. Krivenko, P. V., Sanytsky, M., Kropyvnytska, T. (2019). The Effect of Nanosilica on the Early Strength of Alkali-Activated Portland Composite Cements. Solid State Phenomena, 296, 21–26. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.296.21
  29. Plank, J., Schroefl, C., Gruber, M., Lesti, M., Sieber, R. (2009). Effectiveness of Polycarboxylate Superplasticizers in Ultra-High Strength Concrete: The Importance of PCE Compatibility with Silica Fume. Journal of Advanced Concrete Technology, 7 (1), 5–12. doi: https://doi.org/10.3151/jact.7.5
  30. Strzałkowski, J., Garbalińska, H. (2017). Porosimetric, Thermal and Strength Tests of Aerated and Nonaerated Concretes. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 245, 032017. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/245/3/032017

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-11-27

Як цитувати

Kropyvnytska, T., Sanytsky, M., Rucińska, T., & Rykhlitska, O. (2019). Розроблення наномодифікованих швидкотверднучих клінкер-ефективних бетонів на основі портландцементів композиційних. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(6 (102), 38–48. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.185111

Номер

Том 6 № 6 (102) (2019): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Tetiana Kropyvnytska, Myroslav Sanytsky, Teresa Rucińska, Oksana Rykhlitska

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.