Структурно-феноменологический анализ взаимосвязи показателей микроструктуры и свойств затвердевших цементных систем
Аннотация
Изучение химических и физических процессов твердения полидисперсных цементных систем до сих пор основано преимущественно на эмпирических подходах. Феноменологический анализ взаимосвязи структурных показателей затвердевших цементных систем на микроуровне с их физико-механическими свойствами предложен как один из научно-практических подходов к управлению физико-химическими процессами структурообразования бетонов с заданными свойствами. Для оценки структурных изменений при варьировании состава цементных систем может быть использовано сопоставление количественных показателей микроструктуры цементного камня и его
функциональных свойств. Целью работы является получение количественных данных структурно-
феноменологического анализа затвердевших цементных систем для установления взаимосвязи показателей микроструктуры с их физико-механическими свойствами.
Для анализа структуры цементных систем реализованы методы, основанные на положениях фрактальной геометрии и теории протекания (перколяции), с привлечением современных методов моделирования, а также сканирующей электронной и атомно-силовой микроскопии. Для количественной оценки микроструктуры цементного камня, полученного без добавки и с органоминеральной добавкой, применили показатель фрактальности D и показатель
микрошероховатости S, которые были сопоставлены со свойствами цементного камня, определенными в ходе стандартных физико-механических испытаний.
Расчет показателей микроструктуры и определение оптимального содержания компонентов органоминеральной добавки позволили расширить представления о фрактально-кластерном механизме самоорганизации цементных систем с учетом топологии распределения частиц. Показано, что между показателями D, S, прочностью на сжатие и плотностью цементного камня существует определенная взаимосвязь, а именно, более высокий параметр фрактальности и сравнительно низкий уровень микрошероховатости являются признаками материала с улучшенными физико-механическими свойствами. Наблюдения за трендами изменения величин D и S могут
использоваться для управления процессами структурообразования цементных систем.
Скачивания
Литература
Kaprielov S. S., Sheinfeld A. V., Dondukov V. G. Cements and additives for producing high-strength concretes. Stroitel’nye materialy = Construction Materials. 2017;11. 4–10. (In Russ., abstract in Eng.). https://doi.org/10.31659/0585-430X-2017-754-11-4-10 https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30744332
Management of technology processes, structure and properties of concrete. E. M. Chernyshov, E. I. Shmit’ko (eds.). Voronezh. VGASU Publ; 2002. 344 p. (In Russ.)
Tarakanov O. V., Akchurin T. K., Utyugova E. S. Efficiency of application of integrated organomineral additives for concretes. Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo arhitekturno-stroiteľnogo universiteta. Seriya: Stroiteľstvo i arhitektura = Bulletin of Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering.Series: Civil Engineering and Architecture. 2020;1(78): 174–181. (In Russ., abstract in Eng.). Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42737922
Lesovik V. S., Fediuk R. S. New generation composites for special facilities. Stroitel’nye materialy = Construction Materials. 2021;3: 9–17. (In Russ., abstract in Eng.). https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-789-3-9-17
Nelyubova V. V., Usikov S. A., Strokova V. V., Netsvet D. D. Composition and properties of selfcompacting concrete using a complex of modifiers. Stroitel’nye materialy = Construction Materials. 2021;12: 48–54. (In Russ., abstract in Eng.). https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-798-12-48-54
Svintsov A. P., Abbas Abdulhussein Abd Noor, Abbas Abdel-Sater, Sorokin A. N. Influence of nanomodified additives on the mobility of concrete mixture. Stroitel’nye materialy = Construction materials. 2020;7: 54–59. (In Russ., abstract in Eng.). https://doi.org/10.31659/0585-430X-2020-782-7-54-59
Hagverdiyeva T. A., Jafarov R. Impact of fine ground mineral additives on properties of concrete. Stroitel’nye materialy = Construction materials. 2019;3: 73–76. (In Russ., abstract in Eng.). https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-768-3-73-76
Bazhenov Ju. M., Bulgakov B. I., Ngo Suan Hung. Hydraulic concrete with organomineral additive. Construction materials technology: the present and the future: Proc. 1 All-Russia Scientific Conf., devoted to the 90 anniversary of the outstanding scientist- materials, academician RAACS Ju. M. Bazhenov, 1–2 October 2020, Moscow. Moscow: MGSU publ.; 2020. pp. 114–117. (In Russ.)
Pan G., Li P., Chen L., Li G. A study of the effect of rheological properties of fresh concrete on shotcrete-rebound based on different additive components. Construction and Building Materials. 2019;224: 1069–1080. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.07.060
Zhang S., Qiao W.-G., Chen P.-C., Xi K. Rheological and mechanical properties of microfinecement-based grouts mixed with microfine fly ash, colloidal nanosilica and superplasticizer. Construction and Building Materials. 2019;212: 10–18. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.03.314
Hedayatinia F., Delnavaz M., Emamzadeh S. S. Rheological properties, compressive strength and life cycle assessment of self-compacting concrete containing natural pumice pozzolan. Construction and Building Materials. 2019;206: 122–129. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.02.059
Li Z., Cao G. Rheological behaviors and model of fresh concrete in vibrated state. Cement and Concrete Research. 2019;120: 217–226. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.03.020
Choi B. I., Kim J. H., Shin, T. Y. Rheological model selection and a general model for evaluating the viscosity and microstructure of a highlyconcentrated cement suspension. Cement and Concrete Research. 2019;123: 105775. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.05.020
Alatawna Amr, Birenboim Matan, Nadiv Roey, Buzaglo Matat, Peretz-Damari Sivan, Peled Alva, Regev Oren, Sripada Raghu. The effect of compatibility and dimensionality of carbon nanofillers on cement composites. Construction and Building Materials. 2020;232: 117141. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117141
Svintsov A. P., Shchesnyak E. L., Galishnikova V. V., Fediuk R. S., Stashevskaya N. А. Effect of nano-modified additives on properties of concrete mixtures during winter season. Construction and Building Materials. 2020;237: 117527. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117527
Chintalapudi K., Pannem R. M. R. An intense review on the performance of graphene oxide and reduced graphene oxide in an admixed cement system. Construction and Building Materials. 2020;259: 120598. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120598
Zhu H., Gou H., Zhou H., Jiang Z. Microscopic analysis of nano-modified fly ash by fluidized bed reactor-vapor deposition. Construction and Building Materials. 2020;260: 120434. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120434
Li D., Wang D., Ren C., Rui Y. Investigation of rheological properties of fresh cement paste containing ultrafine circulating fluidized bed fly ash. Construction and Building Materials. 2018;188: 1007–1013. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.07.186
Smirnov V. A., Korolev E. V. Building materials as disperse systems: multiscale modeling with dedicated software. Construction and Building Materials. 2019;1–2: 43–53. (In Russ., abstract in Eng.). https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-767-1-43-53
Ledenev А. А., Pertsev V. T., Rudakov О. B., Barabash D. E. Development of ideas about the rheological behaviour of building mixtures taking into account fractal-cluster processes in their structure formation. Condensed Matter and Interphases. 2020;22(4): 473–480. https://doi.org/10.17308/kcmf.2020.22/3059
Pertsev V. T., Khalilbekov Ya. Z., Ledenev A. A., Perova N. S. Composition and technology of complex additives for concrete based on industrial waste. Cement i ego primenenie = Cement and its Applications. 2019;3: 98–101. (In Russ., abstract in Eng.). Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=39321673
Ledenev A. A., Pertsev V. T. Modelling and estimation of structural characteristics of the cement stone, modified by microfillers. In: Construction materials technology: the present and the future: Proc. 1 All-Russia Scientific Conf., devoted to the 90 anniversary of the outstanding scientist- materials, academician RAACS Ju. M. Bazhenov, 1–2 October 2020, Moscow. Moscow: MGSU Publ.; 2020. pp. 59–64. (In Russ.)
Ledenev А. А., Kozodaev S. P., Pertsev V. T., Baranov E. V., Tzagoruiko Т. V., Vnukov D. N. Mechanisms of act of various kinds organic-mineral additives in cement system. Vestnik BGTU im. V.G. Shuhova = Bulletin of Belgorod State Technological University named after. V. G. Shukhov. 2021;9. 99–105. https://doi.org/10.34031/2071-7318-2021-6-9-8-19
Golovinskij P. A., Ushakov I. I. Theory of fractal growth of shakes and accompanying acoustical emission. Sbornik tezisov FiPS. Moscow: Interkontaktnauka Publ., 1999. pp. 20–24. (In Russ.)
Yablokov M. Ju. Fractaldemension determination based on image analysis. n dimensions of a quantity on the basis of the analysis of the images. Russian Journal of Physical Chemistry A. 1999;2: 162–166. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=13313798
Mandel’brot B. Fractal geometry of the nature. Moscow: Institut komp’juternyh issledovanij Publ.; 2002. 656 p. (In Russ.)
Korolev E. V., Grishina A. N., Aizenshtadt A. M. Analysis of structure formation of composites using fractal dimension. Stroitel’nye materialy = Construction Materials. 2020;9: 54–61. (In Russ., abstract in Eng.). https://doi.org/10.31659/0585-430X-2020-784-9-54-61
Krivonosova E. A., Rudakova O. A., Vstovskii G. V. Multifractal analysis of the structural composition of the heat affected zone of steels with carbonitride hardening. Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov = Industrial Laboratory. 2010;6(76): 26–30. (In Russ.). Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=14992942
Tarasevich Ju. Ju. Percolation: the theory, applications, algorithms. Moscow: Editorial URSS Publ.; 2002. 112 p. (In Russ.)
Copyright (c) 2022 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
