Вплив шаруватих подвійних гідроксидів Ca-Al LDHs та полікарбоксилатних етерів на тверднення портландцементу з вапняком

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.266269

Ключові слова:

портландцемент з вапняком, шаруваті подвійні гідроксиди, полікарбоксилатні етери, нанокомпозит Ca-Al-NO3 LDHs–РСЕ, міцність

Анотація

Використання шаруватих подвійних гідроксидів (LDHs) є новим напрямком у хімії цементів. Досліджено вплив подвійних гідроксидів кальцію/алюмінію (Ca-Al LDHs) та полікарбоксилатних етерів (РСЕ) на розвиток міцності портландцементу з вапняком. Показано, що Ca-Al LDHs утворюються в цементному тісті при введенні лужноалюмінатного прискорювача Na[Al(OH)4]. Визначено, що це сприяє суттєвому підвищенню ранньої міцності цементного каменю. Проте, при цьому скорочуються терміни тужавіння, а з віком відбувається зниження міцності. На ранній стадії структуроутворення в цементному тісті з добавкою Na[Al(OH)4] утворюються метастабільні висоководні гідратні фази Ca-Al LDHs типу С4АН19 ([Ca2Al(OH)6]2(ОН)2·12H2O), які внаслідок явища конверсії переходять до кубічного С3АН6. Такі процеси супроводжуються зростанням загальної пористості та спадами міцності цементного каменю. Стабілізація структури Ca-Al LDHs досягається шляхом введення в міжшаровий простір аніонів [NO3]- з утворенням Сa-Al-NO3 LDHs за рахунок використання золь-гель технології. Методами рентгенофазового аналізу, ІЧ-спектроскопії та електронної мікроскопії доведено факт синтезу AFm-фаз типу [Ca2Al(OH)6]2(NO3)2.6H2O. При модифікуванні таких гідратів полікарбоксилатними етерами формується нанокомпозит Ca-Al-NO3 LDHs-РСЕ. Встановлено, що при введенні нанокомпозиту Ca-Al-NO3 LDHs–РСЕ до СЕМ ІІ/A-LL 42,5 R у період 8…24 год міцність зростає в 2,0–1,5 рази, а через 2 та 28 діб досягається 58 та 144 % від стандартної міцності (R28=62,5 МПа). Отриманий наномодифікований портландцемент відноситься до особливошвидкотверднучих та високоміцних, що дозволяє вирішити проблему проведення робіт з швидкого відновлення елементів залізобетонних конструкцій

Біографії авторів

Тетяна Павлівна Кропивницька, Національний університет «Львівська політехніка»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра будівельного виробництва

Мирослав Андрійович Саницький, Національний університет «Львівська політехніка»

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра будівельного виробництва

Андрій Тарасович Камінський, ПП «Терміт»

Кандидат технічних наук, технолог

Орест Миронович Вахула, Національний університет «Львівська політехніка»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра цивільної безпеки

Посилання

  1. Shi, C., Qu, B., Provis, J. L. (2019). Recent progress in low-carbon binders. Cement and Concrete Research, 122, 227–250. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.05.009
  2. Sanytsky, M., Kropyvnytska, T., Fic, S., Ivashchyshyn, H. (2020). Sustainable low-carbon binders and concretes. E3S Web of Conferences, 166, 06007. doi: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202016606007
  3. Song, X., Song, X., Liu, H., Huang, H., Anvarovna, K. G., Ugli, N. A. D. et al. (2022). Cement-Based Repair Materials and the Interface with Concrete Substrates: Characterization, Evaluation and Improvement. Polymers, 14 (7), 1485. doi: https://doi.org/10.3390/polym14071485
  4. Kroviakov, S., Volchuk, V., Zavoloka, M., Kryzhanovskyi, V. (2019). Search for Ranking Approaches of Expanded Clay Concrete Quality Criteria. Materials Science Forum, 968, 20–25. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.968.20
  5. 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
  6. Krivenko, P. V., Sanytsky, M., Kropyvnytska, T., Kotiv, R. (2014). Decorative Multi-Component Alkali Activated Cements for Restoration and Finishing Works. Advanced Materials Research, 897, 45–48. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.897.45
  7. Xu Q., Stark, J. (2005). Early hydration of ordinary Portland cement with an alkaline shotcrete accelerator. Advances in Cement Research, 17, (1), 1–8. doi: https://doi.org/10.1680/adcr.17.1.1.58390
  8. Xu, Q., Stark, J. (2008). A model of early cement hydration with an alkaline setting accelerator. Cement international, 1, 67–74.
  9. Salvador, R. P., Cavalaro, S. H. P., Segura, I., Figueiredo, A. D., Pérez, J. (2016). Early age hydration of cement pastes with alkaline and alkali-free accelerators for sprayed concrete. Construction and Building Materials, 111, 386–398. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.02.101
  10. Kropyvnytska, T. P., Kaminskyy, A. T., Semeniv, R. M., Chekaylo, M. V. (2019). The effect of sodium aluminate on the properties of the composite cements. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 708 (1), 012091. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/708/1/012091
  11. 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
  12. 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: doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.175472
  13. Andersen, M. D., Jakobsen, H. J., Skibsted, J. (2004). Characterization of white Portland cement hydration and the C-S-H structure in the presence of sodium aluminate by 27Al and 29Si MAS NMR spectroscopy. Cement and Concrete Research, 34 (5), 857–868. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2003.10.009
  14. Han, J., Wang, K., Shi, J., Wang, Y. (2014). Influence of sodium aluminate on cement hydration and concrete properties. Construction and Building Materials, 64, 342–349. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.04.089
  15. Pushkarova, K., Kaverin, K., Kalantaevsky, 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
  16. 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
  17. Luo, B., Luo, Z., Wang, D., Shen, C., Xia, M. (2021). Influence of alkaline and alkali-free accelerators on strength, hydration and microstructure characteristics of ultra-high performance concrete. Journal of Materials Research and Technology, 15, 3283–3295. doi: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.09.133
  18. Su, Y., Luo, B., Luo, Z., Huang, H., Li, J., Wang, D. (2021). Effect of Accelerators on the Workability, Strength, and Microstructure of Ultra-High-Performance Concrete. Materials, 15 (1), 159. doi: https://doi.org/10.3390/ma15010159
  19. 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
  20. 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
  21. 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
  22. 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
  23. Kanchanason, V., Plank, J. (2019). Effect of calcium silicate hydrate – polycarboxylate ether (C-S-H–PCE) nanocomposite as accelerating admixture on early strength enhancement of slag and calcined clay blended cements. Cement and Concrete Research, 119, 44–50. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.01.007
  24. 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
  25. Sanytsky, M., Kropyvnytska, T., Нeviuk, I., Sikora, P., Braichenko, S. (2021). Development of rapid-hardening ultra-high strength cementitious composites using superzeolite and N-C-S-H-PCE alkaline nanomodifier. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (6 (113)), 62–72. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.242813
  26. Hohol, M., Sanytsky, M., Kropyvnytska, T., Barylyak, A., Bobitski, Y. (2020). The effect of sulfur- and carbon-codoped TiO2 nanocomposite on the photocatalytic and mechanical properties of cement mortars. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (6 (106)), 6–14. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.210218
  27. Skripkiūnas, G., Kičaitė, A., Justnes, H., Pundienė, I. (2021). Effect of Calcium Nitrate on the Properties of Portland–Limestone Cement-Based Concrete Cured at Low Temperature. Materials, 14 (7), 1611. doi: https://doi.org/10.3390/ma14071611
  28. Plugin, A. A., Runova, R. F. (2018). Bonding Calcium Chloride and Calcium Nitrate into Stable Hydration Portland Cement Products: Stability Conditions of Calcium Hydrochloraluminates and Calcium Hydronitroaluminates. International Journal of Engineering Research in Africa, 36, 69–73. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/jera.36.69
  29. Xu, Y., He, T., Ma, X. (2022). The influence of calcium nitrate/sodium nitrate on the hydration process of cement paste mixed with alkali free liquid accelerator. Construction and Building Materials, 347, 128555. doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.128555
  30. Pushpakumara, B. H. J., Sudhira De Silva, G., Subashi De Silva, G. H. M. J. (2013). Calcium nitrate mixed cement mortar for repairing corroded RC structures. Construction Materials and Systems. Available at: https://www.researchgate.net/publication/352776327
  31. Markiv, T., Blikharskyy, Z. (2022). Effect of Calcium Nitrate-Based Admixture on the Strength of Concrete and Corrosion Susceptibility of Reinforcing Steel Bars. Proceedings of EcoComfort 2022, 253–261. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-031-14141-6_25
  32. Mir, Z. M., Bastos, A., Höche, D., Zheludkevich, M. L. (2020). Recent Advances on the Application of Layered Double Hydroxides in Concrete – A Review. Materials, 13 (6), 1426. doi: https://doi.org/10.3390/ma13061426
  33. Qiu, Z., Deng, L., Lu, S., Li, G., Tang, Z. (2022). Effect of LDH on the dissolution and adsorption behaviors of sulfate in Portland cement early hydration process. REVIEWS ON ADVANCED MATERIALS SCIENCE, 61 (1), 381–393. doi: https://doi.org/10.1515/rams-2022-0039
  34. Khan, A. I., O’Hare, D. (2002). Intercalation chemistry of layered double hydroxides: recent developments and applications. Journal of Materials Chemistry, 12 (11), 3191–3198. doi: https://doi.org/10.1039/b204076j
  35. Szymanowski, Sadowski. (2019). The Development of Nanoalumina-Based Cement Mortars for Overlay Applications in Concrete Floors. Materials, 12 (21), 3465. doi: https://doi.org/10.3390/ma12213465
  36. Hongo, T., Tsunashima, Y., Yamasaki, A. (2017). Synthesis of Ca-Al layered double hydroxide from concrete sludge and evaluation of its chromate removal ability. Sustainable Materials and Technologies, 12, 23–26. doi: https://doi.org/10.1016/j.susmat.2017.04.001
  37. Qu, Z. Y., Yu, Q. L., Brouwers, H. J. H. (2018). Relationship between the particle size and dosage of LDHs and concrete resistance against chloride ingress. Cement and Concrete Research, 105, 81–90. doi: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.01.005
  38. Zhang, S., Yu, F., He, W., Zheng, D., Cui, H., Lv, L. et al. (2020). Experimental Investigation of Chloride Uptake Performances of Hydrocalumite-Like Ca-Al LDHs with Different Microstructures. Applied Sciences, 10 (11), 3760. doi: https://doi.org/10.3390/app10113760
  39. Kim, G., Park, S. (2021). Chloride Removal of Calcium Aluminate-Layered Double Hydroxide Phases: A Review. International Journal of Environmental Research and Public Health, 18 (6), 2797. doi: https://doi.org/10.3390/ijerph18062797
  40. Gevers, B. R., Labuschagné, F. J. W. J. (2020). Green Synthesis of Hydrocalumite (CaAl-OH-LDH) from Ca(OH)2 and Al(OH)3 and the Parameters That Influence Its Formation and Speciation. Crystals, 10 (8), 672. doi: https://doi.org/10.3390/cryst10080672
  41. 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
  42. Federowicz, K., Techman, M., Sanytsky, M., Sikora, P. (2021). Modification of Lightweight Aggregate Concretes with Silica Nanoparticles – A Review. Materials, 14 (15), 4242. doi: https://doi.org/10.3390/ma14154242
  43. Taylor, H. F. W. (1973). Crystal structures of some double hydroxide minerals. Mineralogical Magazine, 39 (304), 377–389. doi: https://doi.org/10.1180/minmag.1973.039.304.01
  44. Yang, L., Zhao, P., Liang, C., Chen, M., Niu, L., Xu, J., Sun, D., Lu, L. (2021). Characterization and adaptability of layered double hydroxides in cement paste. Applied Clay Science, 211, 106197. doi: https://doi.org/10.1016/j.clay.2021.106197
Вплив шаруватих подвійних гідроксидів Ca-Al LDHs та полікарбоксилатних етерів на тверднення портландцементу з вапняком

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-10-30

Як цитувати

Кропивницька, Т. П., Саницький, М. А., Камінський, А. Т., & Вахула, О. М. (2022). Вплив шаруватих подвійних гідроксидів Ca-Al LDHs та полікарбоксилатних етерів на тверднення портландцементу з вапняком. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(6 (119), 30–40. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.266269

Номер

Том 5 № 6 (119) (2022): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Tetiana Kropyvnytska, Myroslav Sanytsky, Andrii Kaminskyi, Orest Vakhula

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.