Розробка швидкотверднучих надвисокоміцних цементних композитів з використанням суперцеоліту та лужного наномодифікатора N-C-S-H-PCE

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.242813

Ключові слова:

надвисокоміцний цементний композит, суперцеоліт, лужний наномодифікатор, високі температури, експлуатаційні властивості

Анотація

Показано, що висока експлуатаційна надійність конструкційних матеріалів, зокрема за високих температур, досягається за рахунок застосування надвисокоміцних цементних композитів. Проведеними дослідженнями різних типів портландцементів з мінеральними добавками типу СЕМ ІІ/А встановлено, що найбільш стійким до впливу високих температур є цементний камінь з суперцеолітом. Доведено, що за рахунок ефекту «самоавтоклавування» міцність каменю з суперцеолітом при високих температурах підвищується в 1,2–1,3 рази. Для одержання швидкотверднучих цементних композитів реалізовано нанотехнологічний підхід, що базується на використанні золь-гель технології. Методами ІЧ-спектроскопії, електронної мікроскопії доведено факт отримання за рахунок хімічного методу синтезу лужного наномодифікатора N-C-S-H-PCE, що представляє собою нанорідину з посівними зародками змішаних гідросилікатів натрію/кальцію. Підтверджено, що введення лужного наномодифікатора N-C-S-H-PCE призводить до значної інтенсифікації процесів раннього структуроутворення портландцементу з суперцеолітом (через 12 год, 24 год та 28 діб міцність досягає 16,9; 30,5 та 104 МПа). Встановлено, що комплексне поєднання портландцементу з суперцеолітом, корундового заповнювача, базальтового волокна та лужного наномодифікатора забезпечує одержання швидкотверднучих надвисокоміцних цементних композитів в умовах високих температур (Т=400 °C) з покращеними експлуатаційними властивостями. Таким чином, є підстави стверджувати про доцільність розроблення швидкотверднучих надвисокоміцних цементних композитів. При цьому вирішуються проблеми, пов’язані з необхідністю підвищення їх ранньої міцності та експлуатаційних властивостей. В результаті створюється можливість проведення ремонтних робіт для захисту обладнання від абразивного зносу при підвищених температурах

Біографії авторів

Мирослав Андрійович Саницький, Національний університет «Львівська політехніка»

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра будівельного виробництва

Тетяна Павлівна Кропивницька, Національний університет «Львівська політехніка»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра будівельного виробництва

Ірина Миколаївна Гев’юк, ПрАТ «Івано-Франківськцемент»

Кандидат технічних наук, начальник цементної лабораторії

Pawel Sikora, West Pomeranian University of Technology in Szczecin

Doctor of Technical Sciences, Professor

Faculty of Civil and Environmental Engineering

Сергій Петрович Брайченко, Національний університет «Львівська політехніка»

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра «Будівельне виробництво»

Посилання

  1. Aïtcin, P.-C., Wilson, W. (2014). Cements of today, concretes of tomorrow. Cement Wapno Beton, 6, 349–358. Available at: http://cementwapnobeton.pl/pdf/2014/2014_6/Aiticin_6_2014.pdf
  2. Perry, V. H., Eng, P. (2018). What Really is Ultra-High Performance Concrete? - Towards a Global Definition. Conference: The 2nd Int. Conference on Ultra-High Performance Concrete Material & Structures UHPFRC 2018. Fuzhou. Available at: https://www.researchgate.net/publication/340441896_What_Really_is_Ultra-High_Performance_Concrete_-Towards_a_Global_Definition
  3. Du, J., Meng, W., Khayat, K. H., Bao, Y., Guo, P., Lyu, Z. et. al. (2021). New development of ultra-high-performance concrete (UHPC). Composites Part B: Engineering, 224, 109220. doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109220
  4. Wu, Z., Shi, C., Khayat, K. H., Wan, S. (2016). Effects of different nanomaterials on hardening and performance of ultra-high strength concrete (UHSC). Cement and Concrete Composites, 70, 24–34. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2016.03.003
  5. Du, S., Wu, J., AlShareedah, O., Shi, X. (2019). Nanotechnology in Cement-Based Materials: A Review of Durability, Modeling, and Advanced Characterization. Nanomaterials, 9 (9), 1213. doi: https://doi.org/10.3390/nano9091213
  6. Simić, D., Marjanović, M., Vitorović-Todorović, M., Bauk, S., Lazić, D., Samolov, A., Ristović, N. (2018). Nanotechnology for military applications: A survey of recent research in Military technical institute. Scientific Technical Review, 68 (1), 59–72. doi: https://doi.org/10.5937/str1801059s
  7. Yang, I.-H., Park, J. (2019). Mechanical and Thermal Properties of UHPC Exposed to High-Temperature Thermal Cycling. Advances in Materials Science and Engineering, 2019, 1–12. doi: https://doi.org/10.1155/2019/9723693
  8. Chen, H.-J., Yu, Y.-L., Tang, C.-W. (2020). Mechanical Properties of Ultra-High Performance Concrete before and after Exposure to High Temperatures. Materials, 13 (3), 770. doi: https://doi.org/10.3390/ma13030770
  9. 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
  10. Sikora, P., Abd Elrahman, M., Stephan, D. (2018). The Influence of Nanomaterials on the Thermal Resistance of Cement-Based Composites – A Review. Nanomaterials, 8 (7), 465. doi: https://doi.org/10.3390/nano8070465
  11. Horszczaruk, E., Sikora, P., Cendrowski, K., Mijowska, E. (2017). The effect of elevated temperature on the properties of cement mortars containing nanosilica and heavyweight aggregates. Construction and Building Materials, 137, 420–431. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.02.003
  12. Marushchak, U., Sanytsky, M., Olevych, Y. (2017). Effects of elevated temperatures on the properties of nanomodified rapid hardening concretes. MATEC Web of Conferences, 116, 01008. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201711601008
  13. Chen, J. J., Li, L. G., Ng, P. L., Kwan, A. K. H. (2017). Effects of superfine zeolite on strength, flowability and cohesiveness of cementitious paste. Cement and Concrete Composites, 83, 101–110. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2017.06.010
  14. Sanytsky, M., Usherov-Marshak, A., Kropyvnytska, T., Heviuk, I. (2020). Performance of multicomponent Portland cements containing granulated blast furnace slag, zeolite, and limestone. Cement Wapno Beton, 25 (5), 416–427. doi: https://doi.org/10.32047/CWB.2020.25.5.7
  15. 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
  16. 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
  17. Kropyvnytska, T., Sanytsky, M., Rucińska, T., Rykhlitska, O. (2019). Development of nanomodified rapid hardening clinker-efficient concretes based on composite Portland cements. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (6 (102)), 38–48. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.185111
  18. 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
  19. 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
  20. Han, B., Ding, S., Wang, J., Ou, J. (2019). Current Progress of Nano-Engineered Cementitious Composites. Nano-Engineered Cementitious Composites, 97–398. doi: https://doi.org/10.1007/978-981-13-7078-6_2
  21. 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
  22. Schönlein, M., Plank, J. (2018). A TEM study on the very early crystallization of C-S-H in the presence of polycarboxylate superplasticizers: Transformation from initial C-S-H globules to nanofoils. Cement and Concrete Research, 106, 33–39. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.01.017
  23. Sharobim, K. G., Mohammedin, H. A. (2013). The effect of Nano-liquid on the properties of hardened concrete. HBRC Journal, 9 (3), 210–215. doi: https://doi.org/10.1016/j.hbrcj.2013.08.002
  24. Potapov, V., Fediuk, R., Gorev, D. (2020). Obtaining sols, gels and mesoporous nanopowders of hydrothermal nanosilica. Journal of Sol-Gel Science and Technology, 94 (3), 681–694. doi: https://doi.org/10.1007/s10971-020-05216-z
  25. Kanchanason, V., Plank, J. (2017). Role of pH on the structure, composition and morphology of C-S-H–PCE nanocomposites and their effect on early strength development of Portland cement. Cement and Concrete Research, 102, 90–98. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2017.09.002
  26. Land, G., Stephan, D. (2018). The effect of synthesis conditions on the efficiency of C-S-H seeds to accelerate cement hydration. Cement and Concrete Composites, 87, 73–78. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2017.12.006
  27. Shen, H. Q., Wang, Z. M., Liu, X., Pang, X. F., Xue, L. (2017). Microstructure and Properties of C-S-H/PCE Nanocomposites. Materials Science Forum, 898, 2089–2094. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.898.2089
  28. Kryvenko, P., Runova, R., Rudenko, I., Skorik, V., Omelchuk, V. (2017). Analysis of plasticizer effectiveness during alkaline cement structure formation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (6 (88)), 35–41. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.106803
  29. Krivenko, P., Petropavlovskyi, O., Kovalchuk, O., Rudenko, I., Konstantynovskyi, O. (2020). Enhancement of alkali-activated slag cement concretes crack resistance for mitigation of steel reinforcement corrosion. E3S Web of Conferences, 166, 06001. doi: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202016606001
  30. Plugin, A. A., Borziak, O. S., Pluhin, O. A., Kostuk, T. A., Plugin, D. A. (2021). Hydration Products that Provide Water-Repellency for Portland Cement-Based Waterproofing Compositions and Their Identification by Physical and Chemical Methods. Lecture Notes in Civil Engineering, 328–335. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-57340-9_40
  31. Prince, E. (Ed.) (2006). International Tables for Crystallography. Volume C: Mathematical, physical and chemical tables. doi: https://doi.org/10.1107/97809553602060000103

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-10-29

Як цитувати

Саницький, М. А., Кропивницька, Т. П., Гев’юк, І. М., Sikora, P., & Брайченко, С. П. (2021). Розробка швидкотверднучих надвисокоміцних цементних композитів з використанням суперцеоліту та лужного наномодифікатора N-C-S-H-PCE. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(6 (113), 62–72. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.242813

Номер

Том 5 № 6 (113) (2021): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Myroslav Sanytsky, Tetiana Kropyvnytska, Iryna Нeviuk, Pawel Sikora, Serhii Braichenko

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.