Study of the processes of formation of the structure and strength gain of nanomodified cement systems during long-term hardening

Ольга Владимировна Артамонова; Мария Александровна Шведова

doi:10.17308/kcmf.2024.26/11935

Ольга Владимировна Артамонова ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», ул. XX-летия Октября, 84, Воронеж 394006, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-9157-527X
Мария Александровна Шведова ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», ул. XX-летия Октября, 84, Воронеж 394006, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-6484-8719

DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/11935

Ключевые слова: цементные системы, наночастицы SiO2, углеродные нанотрубки, структурообразование, продолжительное твердение, прочность при сжатии

Аннотация

В работе исследовано влияние наноразмерных добавок на структурообразование и прочностные характеристики цементных систем при продолжительности их твердения до десяти лет. Изучение процессов структурообразования модифицированных цементных систем показало, что в них происходит существенное ускорение процесса гидратации цемента в ранний период твердения, несмотря на снижение водосодержания. Установлено, что фазовые превращения и изменение фазового состава во всех системах наблюдаются на протяжение всего исследуемого периода твердения. При этом в поздние сроки твердения наблюдается формирование устойчивых гидратных новообразований (ксонотлита, афвиллита, эттрингита), способных к созданию более низкоразмерной, плотной и
однородной структуры наномодифицированного цементного камня. Это обеспечивает наномодифицированным цементным системам высокие значения прочности при сжатии (Rсж) как на ранних, так и на продолжительных стадиях твердения. При этом наибольшими прочностными показателями на протяжении всего времени исследования (R_сж = 85 МПа, при продолжительности твердения 28 суток и R_сж = 157 МПа, при продолжительности твердения 10 лет) характеризуется цементная система, модифицированная комплексной наноразмерной добавкой на основе частиц SiO₂

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Ольга Владимировна Артамонова, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», ул. XX-летия Октября, 84, Воронеж 394006, Российская Федерация

д. т. н., доцент, профессор кафедры химии и химической технологии материалов, Воронежский государственный технический университет (Воронеж, Российская Федерация)

Мария Александровна Шведова, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», ул. XX-летия Октября, 84, Воронеж 394006, Российская Федерация

к. т. н., н. с. Высшей школы строительного материаловедения (Академия развития строительного комплекса), Воронежский государственный технический университет (Воронеж, Российская Федерация)

Литература

Mchedlov-Petrosyan O. P., Chernyavsky V. L., Olginsky A. G. Late stages of cement hydration*. Cement. 1982;9: 15–17. (In Russ.)

Sychev M. M. Some questions of chemistry of concrete and cement stone*. Russian Journal of Applied Chemistry. 1981;LIV(9): 2036–2043. (In Russ.)

Makridin N. I., Maksimova I. N., Ovsyukova Yu.V. Long-term strength of the modified cement stone structure*. Part 1. Stroitel’nye Materialy (Construction Materials). 2010;10: 74–77. (In Russ.). Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=15506100

Maksimova I. N., Erofeev V. T., Makridin N. I., Poluboyarova Yu. V. Analysis of superplastizers phase composition and parameters of structural fracture mechanics of cement stone of different ages. News of Higher Educational Institutions. Construction. 2016;5(689): 29–38. (In Russ., abstract in Eng.). Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=wirxqn

Potapov V. V., Tumanov A. V., Zakurazhnov M. S., Cerdan A. A., Kashutin A. N., Shalaev K. S. Enhancement of concrete durability by introducing SiO2 nanoparticles. Glass Physics and Chemistry. 2013;39(4): 425–430. https://doi.org/10.1134/S1087659613040160

Urkhanova L. A., Lkhasaranov S. A., Buyantuev S. L., Kuznetsova A. Yu. About the influence of carbon nanomaterials on the properties of cement and concrete. Nanotechnologies in Construction: A Scientific Internet-Journal. 2016;8(5): 16–41. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2016-8-5-16-41

Reches Y. Nanoparticles as concrete additives: Review and perspectives. Construction and Building Materials. 2018;175: 483–495. https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2018.04.214

Paul S. C., van Rooyen A. S., van Zijl G. P. A. G., Petrik L. F. Properties of cement-based composites using nanoparticles: A comprehensive review. Construction and Building Materials. 2018;189: 1019–1034. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.09.062

Tolchkov Yu. N., Mikhaleva Z. A., Tkachev A. G., Artamonova O. V., Kashirin M. A., Auad M. S. The effect of a carbon nanotubes-based modifier on the formation of the cement stone structure. Advanced materials and technologies. 2018;3: 49–56. https://doi.org/10.17277/amt.2018.03.pp.049-056

Najafi Kani E., Rafiean A. H., Alishah A., Hojjati Astani S., Ghaffar S. H.. The effects of nano-Fe2O3 on the mechanical, physical and microstructure of cementitious composites. Construction and Building Materials. 2021;266: 121137. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121137

Singh M., Srivastava A., Bhunia D. Long term strength and durability parameters of hardened concrete on partially replacing cement by dried waste marble powder slurry. Construction and Building Materials. 2019;198: 553–569. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.12.005

Nili M., Afroughsabet V. The long-term compressive strength and durability properties of silica fume fiber-reinforced concrete. Materials Science and Engineering A. 2012;531: 107–111. https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.10.042

Persson B. Seven-year study on the effect of silica fume in concrete. Advanced Cement Based Materials. 1998;7(3-4): 139–155. https://doi.org/10.1016/S1065-7355(98)00003-0

Ho L.S., Huynh T.-P. Long-term mechanical properties and durability of high-strength concrete containing high-volume local fly ash as a partial cement substitution. Results in Engineering. 2023;18: 101113. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2023.101113

Huang Q., Xiong G., Fang Z., … Zhu X. Longterm performance and microstructural characteristics of cement mortars containing nano-SiO2 exposed to sodium sulfate attack. Construction and Building Materials. 2023;364: 130011. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.130011

Kaprielov S. S., Sheinfeld A. V., Dondukov V. G. Cements and additives for producing high-strength concrete. Stroitel’nye Materialy (Construction Materials). 2017;11: 4–10. (In Russ., abstract in Eng.). Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30744332

Synthesis of nanomodifying additives for the technology of building composites. Monograph*. O. V. Artamonova (Ed.). Voronezh: Voronezh GASU Publ.; 2016. 100 p. (in Russ.)

Artamonova O. V., Slavcheva G. S., Chernyshov E. M. Effectiveness of combined nanoadditives for cement systems. Inorganic Materials. 2017;53(10): 1080–1085. https://doi.org/10.1134/S0020168517100028

Artamonova O. V., Slavcheva G. S., Shvedova M. A. Effectiveness of nanotubular additives in the modification of cement systems. Inorganic Materials. 2020;56(1): 105–110. https://doi.org/10.1134/S0020168520010021

Artamonova O. V., Shvedova M. A. Effect of nanosized additives on structure formation and strength characteristics of cement stone with long hardening. Technique and Technology of Silicates. 2021;28(4): 159–164. (In Russ., abstract in Eng.). Available at: https://w w w.elibrar y.ru/item.asp?id=48238746

Bullard J. W., Jennings H. M., Livingston R. A., … Thomas J. J. Mechanisms of cement hydration. Cement and Concrete Research. 2011;41: 1208–1223. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2010.09.011

Исследование процессов структурообразования и набора прочности наномодифицированных цементных систем при продолжительном твердении

Аннотация

Скачивания

Биографии авторов

Литература