Розробка підходів до регулювання набору міцності модифікованих білих цементів з різним вмістом C3A

Автор(и)

  • Катерина Костянтинівна Пушкарьова Київський національний університет будівництва і архітектури, Україна https://orcid.org/0000-0001-7640-8625
  • Лілія Олександрівна Кушнєрова Київський національний університет будівництва і архітектури, Україна https://orcid.org/0000-0003-0759-4553
  • Лариса Василівна Терещенко Аспірант Кафедра будівельних матеріалів, Україна https://orcid.org/0000-0001-9860-2226

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.317201

Ключові слова:

наномодифіковані системи, білі цементи, мінерал C3A, нано-CaCO3 добавки, процеси структуроутворення

Анотація

Об’єктом даного дослідження є механізм регулювання набору міцності модифікованих систем на основі білих цементів з різним вмістом C3A.

Враховуючи, що білі цементи зазвичай мають підвищений вміст мінералу С3А, для них характерний спад міцності до 10 % в пізні терміни твердіння. Для стабілізації властивостей таких цементів доцільно застосовувати модифікуючі добавки.

Встановлено, що при введенні пластифікуючої добавки до цементу з високим вмістом С3А у невеликій кількості (0,5…1 %) внаслідок хімічної взаємодії з мінералом С3А, її залишку в рідкій фазі недостатньо для диспергування силікатних фаз і зниження в’язкості в системі. Це в подальшому призводить до спаду міцності цементного каменю до 15 %. В той же час, при додаванні пластифікуючої добавки до системи з низьким вмістом С3А її дія виявляється більш ефективною навіть при меншому дозуванні.

Модифікація цементних систем нано-CaCO3 добавками сприяє стабілізації фазового складу новоутворень та гарантує довговічність отриманого цементного каменю, оскільки змінює склад новоутворень у напрямку формування більш термодинамічно стабільних сполук. Введення нано-CaCO3 добавки призводить до значного підвищення швидкості гідратації і створює умови для утворення С3А3СaСO332H2O. Останній сприяє направленому синтезу низькоосновних волокнистих С-S-H фаз, в тому числі тобермориту та перешкоджає конверсії гідроалюмінатних фаз,, що нівелює спад міцності в білих цементах з підвищеним вмістом С3А.

Використання модифікованих систем дозволить стабілізувати міцнісні характеристики не тільки білих, але й кольорових цементів, оскільки введення пігментів до їх складу призводить до зниження міцності. Такий підхід дозволить ефективно використовувати такі системи в якості основи для декоративних бетонів та розчинів

Біографії авторів

Катерина Костянтинівна Пушкарьова, Київський національний університет будівництва і архітектури

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра будівельних матеріалів

Лілія Олександрівна Кушнєрова, Київський національний університет будівництва і архітектури

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра будівельних матеріалів

Лариса Василівна Терещенко, Аспірант Кафедра будівельних матеріалів

Аспірант

Кафедра будівельних матеріалів

Посилання

  1. Mohtasham Moein, M., Rahmati, K., Saradar, A., Moon, J., Karakouzian, M. (2024). A Critical Review Examining the Characteristics of Modified Concretes with Different Nanomaterials. Materials, 17 (2), 409. https://doi.org/10.3390/ma17020409
  2. Shen, D., Kang, J., Shao, H., Liu, C., Li, M., Chen, X. (2023). Cracking failure behavior of high strength concrete containing nano-CaCO3 at early age. Cement and Concrete Composites, 139, 104996. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2023.104996
  3. Camiletti, J., Soliman, A. M., Nehdi, M. L. (2012). Effects of nano- and micro-limestone addition on early-age properties of ultra-high-performance concrete. Materials and Structures, 46 (6), 881–898. https://doi.org/10.1617/s11527-012-9940-0
  4. Mardani-Aghabaglou, A., Kankal, M., Nacar, S., Felekoğlu, B., Ramyar, K. (2021). Assessment of cement characteristics affecting rheological properties of cement pastes. Neural Computing and Applications, 33 (19), 12805–12826. https://doi.org/10.1007/s00521-021-05925-8
  5. Karakuzu, K. Kobya, V., Mardani, A. (2022). Determination of Optimum Water Reducing Admixture Dosage and Water Content in the Measurement of Rheological Parameters of Paste Mixtures Having Different C3A Ratios. European Journal of Science and Technology, 37, 17–20. https://doi.org/10.31590/ejosat.1125646
  6. Kim, T.-H., Ye, B., Jeong, B., Lee, M.-J., Song, A., Cho, I. et al (2024). Influence of CaCO3 on Density and Compressive Strength of Calcium Aluminate Cement-Based Cementitious Materials in Binder Jetting. Materials, 17 (14), 3463. https://doi.org/10.3390/ma17143463
  7. Matschei, T., Lothenbach, B., Glasser, F. P. (2007). The role of calcium carbonate in cement hydration. Cement and Concrete Research, 37 (4), 551–558. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2006.10.013
  8. Lothenbach, B., Le Saout, G., Gallucci, E., Scrivener, K. (2008). Influence of limestone on the hydration of Portland cements. Cement and Concrete Research, 38 (6), 848–860. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2008.01.002
  9. Bentz, D. P., Ardani, A., Barrett, T., Jones, S. Z., Lootens, D., Peltz, M. A. et al. (2015). Multi-scale investigation of the performance of limestone in concrete. Construction and Building Materials, 75, 1–10. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.10.042
  10. Yeşilmen, S., Al-Najjar, Y., Balav, M. H., Şahmaran, M., Yıldırım, G., Lachemi, M. (2015). Nano-modification to improve the ductility of cementitious composites. Cement and Concrete Research, 76, 170–179. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2015.05.026
  11. Bentz, D. P., Sato, T., de la Varga, I., Weiss, W. J. (2012). Fine limestone additions to regulate setting in high volume fly ash mixtures. Cement and Concrete Composites, 34 (1), 11–17. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2011.09.004
  12. Salama, K. K., Ali, M. F., El-Sheikh, S. M. (2018). The different influence of nano materials on pigments. Scientific Culture, 4 (3), 1–7. https://doi.org/10.5281/zenodo.1409798
  13. Pushkarova, K., Kochevykh, M., Honchar, O., Hadaichuk, D. (2024). Features of Hardening and Utilization of Modern Cement Compositions with Nanomodifying Additives For Repair And Restoration Works. International Journal of Conservation Science, 15 (SI), 157–168. https://doi.org/10.36868/ijcs.2024.si.13
  14. Kropyvnytska, T. P., Sanytskyi, M. A., Heviuk, I. M. (2013). Vplyv karbonatnykh dobavok na vlastyvosti portlandtsementu kompozytsiynoho. Visnyk Natsionalnoho universytetu "Lvivska politekhnika" Teoriya i praktyka budivnytstva, 755, 214–220. Available at: https://science.lpnu.ua/sctp/all-volumes-and-issues/volume-755-2013-1/vpliv-karbonatnih-dobavok-na-vlastivosti
  15. Sharma, H., Ashish, D. K. (2023). Nano CaCO3 for enhancing properties of cement-based materials: a comprehensive review. Journal of Sustainable Cement-Based Materials, 12 (12), 1475–1494. https://doi.org/10.1080/21650373.2023.2233512
  16. Wu, Z., Khayat, K. H., Shi, C., Tutikian, B. F., Chen, Q. (2021). Mechanisms underlying the strength enhancement of UHPC modified with nano-SiO2 and nano-CaCO3. Cement and Concrete Composites, 119, 103992. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2021.103992
  17. Pushkarova, K., Sheinich, L., Gadaichuk, D., Kushnierova, L., Mazur, V. (2021). Crystallo-chemical aspects of the processes for structure formation of white portlandcement in the presence of nanocarbonate additives. Science and Construction, 30 (4), 36–45. https://doi.org/10.33644/2313-6679-15-2021-4
  18. Ghosal, M., Kumar Chakraborty, A. (2022). Superplasticizer compatibility with cement properties – A study. Materials Today: Proceedings, 56, 568–573. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.02.386
  19. Ramachandran, V. S., Malhotra, V. M. (1996). Superplasticizers. Concrete Admixtures Handbook, 410–517. https://doi.org/10.1016/b978-081551373-5.50011-8
  20. Kakali, G., Tsivilis, S., Aggeli, E., Bati, M. (2000). Hydration products of C3A, C3S and Portland cement in the presence of CaCO3. Cement and Concrete Research, 30 (7), 1073–1077. https://doi.org/10.1016/s0008-8846(00)00292-1
  21. Feldman, R. F., Ramachandran, V. S., Sereda, P. J. (1965). Influence of CaCO3 on the Hydration of 3CaO•Al2O3. Journal of the American Ceramic Society, 48 (1), 25–30. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1965.tb11787.x
  22. Runčevski, T., Dinnebier, R. E., Magdysyuk, O. V., Pöllmann, H. (2012). Crystal structures of calcium hemicarboaluminate and carbonated calcium hemicarboaluminate from synchrotron powder diffraction data. Acta Crystallographica Section B Structural Science, 68 (5), 493–500. https://doi.org/10.1107/s010876811203042x
  23. Ji, G., Chi, H., Sun, K., Peng, X., Cai, Y. (2024). Effect of limestone waste on the hydration and microstructural properties of cement-based materials. Construction and Building Materials, 443, 137784. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.137784
  24. Janotka, I., Mojumdar, S. C. (2007). Degree of hydration in cement paste and C3A-sodium carbonate-water systems. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 90 (3), 645–652. https://doi.org/10.1007/s10973-007-8517-6
  25. Ruiz-Agudo, C., Cölfen, H. (2024). Exploring the Potential of Nonclassical Crystallization Pathways to Advance Cementitious Materials. Chemical Reviews, 124 (12), 7538–7618. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00259
  26. Pushkarova, K., Tereshchenko, L. (2024). Study of the combined influence of inorganic pigments and nanocarbonate additives on the synthesis of the strength of decorative cements. Resource-saving materials, structures, buildings and structures, 45, 68–75. https://doi.org/10.31713/budres.v0i45.08
Розробка підходів до регулювання набору міцності модифікованих білих цементів з різним вмістом C3A

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-12-27

Як цитувати

Пушкарьова, К. К., Кушнєрова, Л. О., & Терещенко, Л. В. (2024). Розробка підходів до регулювання набору міцності модифікованих білих цементів з різним вмістом C3A. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(12 (132), 44–52. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.317201

Номер

Том 6 № 12 (132) (2024): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Kateryna Pushkarova, Liliia Kushnierova, Larysa Tereshchenko

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.