Порівняння впливу поверхнево-активних речовин на термокінетичні характеристики шлаколужного цементу

Автор(и)

  • Павло Васильович Кривенко Київський національний університет будівництва i архітектури, Україна https://orcid.org/0000-0001-7697-2437
  • Ігор Ігоревич Руденко Київський національний університет будівництва i архітектури, Україна https://orcid.org/0000-0001-5716-8259
  • Олександр Петрович Константиновський Київський національний університет будівництва i архітектури, Україна https://orcid.org/0000-0002-7936-5699

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.245916

Ключові слова:

шлаколужний цемент, поверхнево-активна речовина, тріщиностійкість, тепловиділення цементного тіста, термонапружений стан

Анотація

Підвищення довговічності бетонних та залізобетонних конструкцій за критерієм тріщиностійкості є актуальною задачею будівельного матеріалознавства. Для вирішування цієї задачі запропоновано ефективні рішення щодо регулювання термокінечних характеристик шлаколужного цементу (ШЛЦ) поверхнево-активними речовинами (ПАР) різної хімічної природи для управління термонапруженим станом бетону на його основі (ШЛЦ бетон).

За допомогою методу калориметрії показано, що проблемним є регулювання структуроутворення ШЛЦ аніоноактивними ПАР на основі складних поліефірів. Це обумовлено нестабільністю молекулярної будови ПАР в гідратаційному середовищі ШЛЦ через руйнування складноефірних зв’язків внаслідок лужного гідролізу.

За допомогою термокінетичного аналізу визначено ефективність використання аніоноактивних ПАР, які не містять складноефірних зв’язків, в ролі регуляторів тріщиностійкості ШЛЦ бетону. Прості поліефіри і багатоатомні спирти забезпечують можливість регулювання тривалості індукційного періоду при забезпеченні необхідної повноти гідратації ШЛЦ в контрольні терміни. Показано ефективність катіоноактивних ПАР, які характеризуються стабільністю молекулярної будови в гідратаційному середовищі ШЛЦ і  підвищеним рівнем адсорбуючої здатності.

Показано зменшення ефективності ПАР за впливом на тепловиділення ШЛЦ в ряду: лужна сіль карбонової кислоти>сіль четвертинної амонієвої сполуки>простий поліефір>поліспирт>складний поліефір.

Отримані результати є важливими з огляду на можливість ефективного регулювання тепловиділення ШЛЦ шляхом впливу на структуроутворення ПАР певної молекулярної будови для прогнозованого зменшення тріщиноутворення в термонапруженому стані і відповідного підвищення довговічності конструкцій

Спонсор дослідження

  • Автори висловлюють подяку за фінансову підтримку роботи, яка виконується в рамках бюджетного фінансування № 1020U001010, а також за розвиток теми досліджень по програмі наукового співробітництва COST Action CA15202 SARCOS «Self-Healing concrete: the path to sustainable construction», яка дії в рамках проекту європейського рівня HORIZON 2020, http://www.cost.eu/COST_Actions/ca/CA15202.

Біографії авторів

Павло Васильович Кривенко, Київський національний університет будівництва i архітектури

Доктор технічних наук, професор

Кафедра технології будівельних конструкцій і виробів

Науково-дослідний інститут в’яжучих речовин і матеріалів

Ігор Ігоревич Руденко, Київський національний університет будівництва i архітектури

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Кафедра технології будівельних конструкцій і виробів

Науково-дослідний інститут в’яжучих речовин і матеріалів

Олександр Петрович Константиновський, Київський національний університет будівництва i архітектури

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технології будівельних конструкцій і виробів

Посилання

  1. Kropyvnytska, T., Semeniv, R., Kotiv, R., Novytskyi, Y. (2021). Effects of Nano-liquids on the Durability of Brick Constructions for External Walls. Lecture Notes in Civil Engineering, 237–244. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-57340-9_29
  2. Gogol, M., Kropyvnytska, T., Galinska, T., Hajiyev, M. (2020). Ways to Improve the Combined Steel Structures of Coatings. Lecture Notes in Civil Engineering, 53–58. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-42939-3_6
  3. Tsapko, Y., Vasylyshyn, R., Melnyk, O., Lomaha, V., Tsapko, А., Bondarenko, O. (2021). Regularities in the washing out of water-soluble phosphorus-ammonium salts from the fire-protective coatings of timber through a polyurethane shell. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (10 (110)), 51–58. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.229458
  4. 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
  5. Kryvenko, P., Rudenko, I., Konstantynovskyi, O. (2020). Design of slag cement, activated by Na (K) salts of strong acids, for concrete reinforced with steel fittings. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (6 (108)), 26–40. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.217002
  6. Graham, P. C., Ballim, Y., Kazirukanyo, J. B. (2011). Effectiveness of the fineness of two South African Portland cements for controlling early-age temperature development in concrete. Journal of the South African Institution of Civil Engineering, 53 (1), 39–45. Available at: http://www.scielo.org.za/pdf/jsaice/v53n1/v53n1a05.pdf
  7. Utsi, S., Jonasson, J.-E. (2011). Estimation of the risk for early thermal cracking for SCC containing fly ash. Materials and Structures, 45 (1-2), 153–169. doi: https://doi.org/10.1617/s11527-011-9757-2
  8. 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
  9. Fernandes, F., Manari, S., Aguayo, M., Santos, K., Oey, T., Wei, Z. et. al. (2014). On the feasibility of using phase change materials (PCMs) to mitigate thermal cracking in cementitious materials. Cement and Concrete Composites, 51, 14–26. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.03.003
  10. Krivenko, P. (2017). Why Alkaline Activation – 60 Years of the Theory and Practice of Alkali-Activated Materials. Journal of Ceramic Science and Technology, 8 (3), 323–334. doi: https://doi.org/10.4416/JCST2017-00042
  11. Kovalchuk, O., Grabovchak, V., Govdun, Y. (2018). Alkali activated cements mix design for concretes application in high corrosive conditions. MATEC Web of Conferences, 230, 03007. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201823003007
  12. Zhu, H., Liang, G., Li, H., Wu, Q., Zhang, C., Yin, Z., Hua, S. (2021). Insights to the sulfate resistance and microstructures of alkali-activated metakaolin/slag pastes. Applied Clay Science, 202, 105968. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2020.105968
  13. Cyr, M., Pouhet, R. (2015). The frost resistance of alkali-activated cement-based binders. Handbook of Alkali-Activated Cements, Mortars and Concretes, 293–318. doi: https://doi.org/10.1533/9781782422884.3.293
  14. Shanahan, N., Tran, V., Zayed, A. (2016). Heat of hydration prediction for blended cements. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 128 (3), 1279–1291. doi: https://doi.org/10.1007/s10973-016-6059-5
  15. Kostyuk, T., Vinnichenko, V., Plugin, A., Borziak, O., Iefimenko, A. (2021). Physicochemical studies of the structure of energy-saving compositions based on slags. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1021 (1), 012016. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/1021/1/012016
  16. Jones, S., Hughes, D., Werner, O. R. (2018). Design considerations for raising the Hinze Dam mass concrete spillway. American Concrete Institute, ACI Special Publication, 4.1-4.30.
  17. Khalifah, H. A., Rahman, M. K., Al-Helal, Z., Al-Ghamdi, S. (2016). Stress generation in mass concrete blocks with fly ASH and silica fume – An experimental and numerical study. Sustainable Construction Materials and Technologies. doi: https://doi.org/10.18552/2016/scmt4s267
  18. 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
  19. 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
  20. Krivenko, P. V., Rudenko, I. I., Petropavlovskyi, O. M., Konstantynovskyi, O. P., Kovalchuk, A. V. (2019). Alkali-activated Portland cement with adjustable proper deformations for anchoring application. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 708 (1), 012090. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/708/1/012090
  21. Krivenko, P. V., Petropavlovskyi, O. M., Rudenko, I. I., Konstantynovskyi, O. P., Kovalchuk, A. V. (2020). Complex multifunctional additive for anchoring grout based on alkali-activated portland cement. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 907 (1), 012055. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/907/1/012055
  22. Plank, J. (2012). Superplasticizers – chemistry, applications and perspectives. 18th Inern. Baustofftagung. F.A. Finger-Institute fur Baustoffkunde. Bauhaus Unuversitat. Weimar, 1, 91–102.
  23. Safi, B., Benmounah, A., Saidi, M. (2011). Reología y potencial zeta de pastas de cemento con lodos de embalse calcinados y escorias granuladas de horno alto. Materiales de Construcción, 61 (303), 353–370. doi: https://doi.org/10.3989/mc.2011.61110
  24. Mikhailova, O., Rovnanik, P. (2018). Effect of polyethylene glycol on the rheological properties and heat of hydration of alkali activated slag pastes. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 385, 012037. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/385/1/012037
  25. Bílek, V., Kalina, L., Novotný, R., Tkacz, J., Pařízek, L. (2016). Some Issues of Shrinkage-Reducing Admixtures Application in Alkali-Activated Slag Systems. Materials, 9 (6), 462. doi: https://doi.org/10.3390/ma9060462
  26. Bílek, V., Kalina, L., Novotný, R. (2018). Polyethylene glycol molecular weight as an important parameter affecting drying shrinkage and hydration of alkali-activated slag mortars and pastes. Construction and Building Materials, 166, 564–571. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.01.176
  27. Yamada, K. (2011). Basics of analytical methods used for the investigation of interaction mechanism between cements and superplasticizers. Cement and Concrete Research, 41 (7), 793–798. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2011.03.007
  28. Rosen, M. J., Kunjappu, J. T. (2012). Surfactants and Interfacial Phenomena. John Wiley & Sons, Inc. doi: https://doi.org/10.1002/9781118228920
  29. Kryvenko, P., Rudenko, I., Konstantynovskyi, O., Boiko, O. (2021). Restriction of Cl- and SO42- Ions Transport in Alkali Activated Slag Cement Concrete in Seawater. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1164 (1), 012066. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/1164/1/012066
  30. 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
  31. Tong, S., Yuqi, Z., Qiang, W. (2021). Recent advances in chemical admixtures for improving the workability of alkali-activated slag-based material systems. Construction and Building Materials, 272, 121647. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121647
  32. Krivenko, P., Gots, V. I., Petropavlovskyi, O., Rudenko, I., Konstantynovskyi, O. (2021). Complex Shrinkage-Reducing Additives for Alkali Activated Slag Cement Fine Concrete. Solid State Phenomena, 321, 165–170. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.321.165
  33. Pushkar, V. I. (2011). Efektyvnist suchasnykh plastyfikatoriv v shlakoluzhnykh tsementakh ta betonakh. Budivelni materialy, vyroby ta sanitarna tekhnika, 39, 69–73.
  34. Krivenko, P., Gots, V., Petropavlovskyi, O., Rudenko, I., Konstantynovskyi, O., Kovalchuk, A. (2019). Development of solutions concerning regulation of proper deformations in alkali-activated cements. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (6 (101)), 24–32. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.181150
  35. Chipakwe, V., Semsari, P., Karlkvist, T., Rosenkranz, J., Chelgani, S. C. (2020). A critical review on the mechanisms of chemical additives used in grinding and their effects on the downstream processes. Journal of Materials Research and Technology, 9 (4), 8148–8162. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.05.080
  36. Gots, V., Lastivka, O., Volunska, E., Tomin, O. (2016). Recycling of auriferous ore flotation tailings in slag-alkaline cement. EUREKA: Physics and Engineering, 4, 11–16. doi: https://doi.org/10.21303/2461-4262.2016.000123
  37. Usherov-Marshak, A. V. (2011). Phenomenological approach to building materials development based on physicochemical analysis. Inorganic Materials, 47 (8), 926–929. doi: https://doi.org/10.1134/s0020168511080218
  38. Usherov-Marshak, A., Vaičiukynienė, D., Krivenko, P., Bumanis, G. (2021). Calorimetric Studies of Alkali-Activated Blast-Furnace Slag Cements at Early Hydration Processes in the Temperature Range of 20–80 °C. Materials, 14 (19), 5872. doi: https://doi.org/10.3390/ma14195872
  39. DSTU B EN 196-9:2015 (EN 196-9:2010, IDT). Methods of testing cement. Part 9: Heat of hydration - Semi-adiabatic method (2016). Kyiv. Available at: http://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_doc=63733
  40. Usherov-Marshak, A. V., Kabus’, A. V. (2013). Calorimetric monitoring of early hardening of cement in the presence of admixtures. Inorganic Materials, 49 (4), 430–433. doi: https://doi.org/10.1134/s0020168513040183
  41. Usherov-Marshak, A. V., Kabus’, A. V. (2016). Functional kinetic analysis of the effect of admixtures on cement hardening. Inorganic Materials, 52 (4), 435–439. doi: https://doi.org/10.1134/s0020168516040129
  42. Krivenko, P., Petropavlovskiy, O., Rudenko, I., Lakusta, S. (2017). Control of early age cracking in early-strength concrete based on alkali-activated slag cement. Conference: 2nd International RILEM/COST Conference on Early Age Cracking and Serviceability in Cement-based Materials and Structures (EAC2). Vol. 2. Brussels. Available at: https://www.researchgate.net/publication/320306250_CONTROL_OF_EARLY_AGE_CRACKING_IN_EARLY-STRENGTH_CONCRETE_BASED_ON_ALKALI-ACTIVATED_SLAG_CEMENT
  43. Suraneni, P., Palacios, M., Flatt, R. J. (2016). New insights into the hydration of slag in alkaline media using a micro-reactor approach. Cement and Concrete Research, 79, 209–216. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2015.09.015
  44. Rashad, A. M. (2013). A comprehensive overview about the influence of different additives on the properties of alkali-activated slag – A guide for Civil Engineer. Construction and Building Materials, 47, 29–55. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.04.011

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-11-26

Як цитувати

Кривенко, П. В., Руденко, І. І., & Константиновський, О. П. (2021). Порівняння впливу поверхнево-активних речовин на термокінетичні характеристики шлаколужного цементу. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(6 (114), 39–48. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.245916

Номер

Том 6 № 6 (114) (2021): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Pavlo Krivenko, Igor Rudenko, Oleksandr Konstantynovskyi

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.