Construction MaterialsConstruction MaterialsСтроительные материалы0585-430X2658-6991Stroymaterialy64633410.31659/0585-430X-2024-831-12-21-27СтатьиResearch ArticleCharacteristics of hardening of mechanically activated composite cementsОсобенности твердения механоактивированных композиционных цементовGarkaviM. S.ГаркавиМ. С.
Russian Federation

Doctor of Sciences (Engineering)

д-р техн. наук

mgarkavi@mail.ruArtamonovA. V.АртамоновА. В.
Russian Federation

Candidate of Sciences (Engineering)

канд. техн. наук

aav@uralomega.ruKolodezhnayaE. V.КолодежнаяЕ. В.
Russian Federation

Candidate of Sciences (Engineering)

канд. техн. наук

kev@uralomega.ruDergunovS. A.ДергуновС. А.
Russian Federation

Candidate of Sciences (Engineering)

канд. техн. наук

dergunow79@mail.ruSerikovS. V.СериковС. В.
Russian Federation

Engineer

инженер

svserikov@list.ruKhamidulinaD. D.ХамидулинаД. Д.
Russian Federation

Candidate of Sciences (Engineering)

канд. техн. наук

loza_mgn@mail.ruNekrasovaS. A.НекрасоваС. А.
Russian Federation

Candidate of Sciences (Engineering)

канд. техн. наук

snek-mgn@mail.ruUral-Omega CJSCЗАО «Урал-Омега»Institute for Integrated Development of Mineral Resources of the Russian Academy of SciencesИнститут проблем комплексного освоения недр РАНOrenburg State UniversityОренбургский государственный университетMagnitogorsk State Technical UniversityМагнитогорский государственный технический университет211220241221271701202517012025Copyright ©; 2024,Copyright ©; 2024, ООО РИФ "СТРОЙМАТЕРИАЛЫ"2024ООО РИФ "СТРОЙМАТЕРИАЛЫ"https://journals.eco-vector.com/0585-430X/article/view/646334

Composite cement is a binder system containing a mineral component that improves the construction and technical properties of cement. During separate and combined grinding of composite cement components in a high-energy centrifugal impact mill the mechanical activation of the mineral additive is carried out and mechanocomposites are formed, affecting the hardening and properties of the finished product. Hydration schemes for composite cements of separate and combined grinding are proposed. It is shown that during the hydration of composite cements, X-ray amorphous calcium hydrosilicates and hydroaluminates are formed, which crystallize under nonequilibrium conditions according to the non-classical kvataron mechanism. This leads to the formation of a fractal structure of cement stone with high early strength.

Композиционный цемент представляет собой вяжущую систему, в которой содержится минеральный компонент, улучшающий строительно-технические свойства цемента. При раздельном и совместном измельчении компонентов композиционного цемента в энергонапряженной центробежно-ударной мельнице осуществляется механоактивация минеральной добавки и образуются механокомпозиты, влияющие на твердение и свойства готового продукта. Предложены схемы гидратации композиционных цементов раздельного и совместного помола. Показано, что при гидратации композиционных цементов образуются рентгеноаморфные гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, которые кристаллизуются в неравновесных условиях по неклассическому кватаронному механизму. Это приводит к формированию фрактальной структуры цементного камня с высокой ранней прочностью.

composite cementcentrifugal impact millmechanocompositehydration schemekvataronкомпозиционный цементцентробежно-ударная мельницамеханокомпозитсхема гидратациикватаронCimermanis L.-H.B. Termodinamika vlazhnostnogo sostoyaniya i tverdeniya stroitel’nykh materialov [Thermodynamics of moisture state and hardening of building materials]. Riga: Zinatne. 1985. 247 p.Цимерманис Л.-Х.Б. Термодинамика влажностного состояния и твердения строительных материалов. Рига: Зинатне, 1985. 247 с.Garkavi M. Termodinamika tverdeniya vyazhushchikh sistem. Teoreticheskie printsipy i tekhnologicheskie prilozheniya [Thermodynamics of hardening of binder systems. Theoretical principles and technological applications]. Berlin: Palmarium Academic Publishing. 2013. 247 p.Гаркави М. Термодинамика твердения вяжущих систем. Теоретические принципы и технологические приложения. Berlin: Palmarium Academic Publishing, 2013. 247 c.Sychev M.M. Tverdenie vyazhushchikh veshchestv [Hardening of binders]. Moscow: Stroyizdat. 1974. 80 p.Сычев М.М. Твердение вяжущих веществ. М.: Стpойиздат, 1974. 80 с.Garkavi M.S., Dergunov S.A., Serikov S.V. Formation of the structure of composite cement in the grinding process. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2021. No. 10, pp. 65–68. (In Russian). EDN: GRLVEG. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-796-10-65-68Гаркави М.С., Дергунов С.А., Сериков С.В. Формирование структуры композиционного цемента в процессе измельчения // Строительные материалы. 2021. № 10. С. 65–68. EDN: GRLVEG. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-796-10-65-68Garkavi M.S., Artamonov A.V., Stavtseva A.V., Kolodezhnaya E.V., Dergunov S.A., Serikov S.V. Modeling of structural transformations when grinding composite cement. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2021. No. 11, pp. 41–46. (In Russian). EDN: DSZFNY. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-797-11-41-46Гаркави М.С., Артамонов А.В., Ставцева А.В., Колодежная Е.В., Дергунов С.А., Сериков С.В. Моделирование структурных преобразований при измельчении композиционного цемента // Строительные материалы. 2021. № 11. С. 41–46. EDN: DSZFNY. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-797-11-41-46De Weerdt K. Comparison of separate and combined grinding of cements and additives. Tsement i ego primenenie. 2010. No. 6, pp. 82–87. (In Russian). EDN: NUXAVHДе Вердт К. Сопоставление раздельного и совместного помола цементов и добавок // Цемент и его применение. 2010. № 6. С. 82–87. EDN: NUXAVHKhripacheva I.S., Garkavi M.S., Artamonova A.V., Voronin K.M., Artamonova A.V. Cements of centrifugal impact grinding. Tsement i ego primenenie. 2013. No. 4, pp. 106–109. (In Russian). EDN: TIRUDHХрипачева И.С., Гаркави М.С., Артамонова А.В., Воронин К.М., Артамонова А.В. Цементы центробежно-ударного измельчения // Цемент и его применение. 2013. № 4. С. 106–109. EDN: TIRUDHGarkavi M.S., Artamonov A.V., Kolodezhnaya E.V., Dergunov S.A., Serikov S.V. Formation of nanosystems during hardening of composite cements of centrifugal-impact grinding. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2023. No. 3, pp. 39–42. (In Russian). EDN: VUQDCK. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-811-3-39-42Гаркави М.С., Артамонов А.В., Колодежная Е.В., Дергунов С.А., Сериков С.В. Формирование наносистем при твердении композиционных цементов // Строительные материалы. 2023. № 3. С. 39–42. EDN: VUQDCK. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-811-3-39-42Boldyrev V.V., et al. Fundamental’nye osnovy mekhanicheskoi aktivatsii, mekhanosinteza i mekhanokhimicheskikh tekhnologii [Fundamental principles of mechanical activation, mechanosynthesis and mechanochemical technologies]. Novosibirsk, Publishing House of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. 2009. 343 p.Болдырев В.В. и др. Фундаментальные основы механической активации, механосинтеза и механо-химических технологий. Новосибирск: СО РАН, 2009. 343 с.Lapshin O.V., Boldyreva E.V., Boldyrev V.V. The role of mixing and dispersion in mechanochemical synthesis (review). Zhurnal neorganicheskoi khimii. 2012. Vol. 66. No. 3, pp. 402–424. EDN: MSTTZH. https://doi.org/10.31857/S0044457X21030119Лапшин О.В., Болдырева Е.В., Болдырев В.В. Роль смешения и диспергирования в механохимическом синтезе (обзор) // Журнал неорганической химии. 2012. Т. 66. № 3. С. 402–424. EDN: MSTTZH. https://doi.org/10.31857/S0044457X21030119Mekhanokompozity-prekursory dlya sozdaniya materialov s novymi svoistvami [Mechanocomposites – precursors for creating materials with new properties]. Novosibirsk: Publishing house of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. 2010. 424 p.Механокомпозиты-прекурсоры для создания материалов с новыми свойствами. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2010. 424 с.Lapshin O.V., Smolyakov V.K. Formation of a layered structure of mechanocomposites during grinding of a binary mixture. Khimicheskaya fizika i mezoskopiya. 2013. Vol. 15. No. 2, pp. 278–284. (In Russian). EDN: QIQTSHЛапшин О.В., Смоляков В.К. Формирование слоистой структуры механокомпозитов при измельчении бинарной смеси // Химическая физика и мезоскопия. 2013. Т. 15. № 2. С. 278–284. EDN: QIQTSHGarkavi M., Hripacheva I. Processing and use of metallurgical slags in construction. 17 International Baustofftagung. Weimar. 2009, pp. 1-0609-0612.Garkavi M.S., Khripacheva I.S. Mixed cements of centrifugal impact grinding based on blast furnace waste slag. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2010. No. 8, pp. 40–41. (In Russian). EDN: MTHGPZГаркави М.С., Хрипачева И.С. Смешанные цементы центробежно-ударного измельчения на основе доменного отвального шлака // Строительные материалы. 2010. № 8. С. 40–41. EDN: MTHGPZGarkavi M.S., Khripacheva I.S. Optimization of mixed binder compositions using waste electric steelmaking slags. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2010. No. 2, pp. 56–57. (In Russian). EDN: MBCIABГаркави М.С., Хрипачева И.С. Оптимизация составов смешанных вяжущих с использованием отвальных электросталеплавильных шлаков // Строительные материалы. 2010. № 2. С. 56–57. EDN: MBCIABVernigorova V.N. Fiziko-khimicheskie osnovy obrazovaniya modifitsirovannykh gidrosilikatov kal’tsiya v kompozitsionnykh materialakh na osnove sistemy CaO-SiO 2 -H 2 O. [Physicochemical foundations of the formation of modified calcium hydrosilicates in composite materials based on the CaO-SiO 2 -H 2 O system]. Penza: Publishing house of the Central Scientific and Technical Institute. 2001. 394 p.Вернигорова В.Н. Физико-химические основы образования модифицированных гидросиликатов кальция в композиционных материалах на основе системы CaO-SiO 2 -H 2 O. Пенза: Изд-во ЦНТИ, 2001. 394 с.Tyukavkina V.V., Kasikov A.G., Gurevich B.I. Structure formation of cement stone modified with additive of nano-disperse silicon dioxide. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 11, pp. 31–35. (In Russian). EDN: YROOSL. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-765-11-31-35Тюкавкина В.В., Касиков А.Г., Гуревич Б.И. Структурообразование цементного камня, модифицированного добавкой нанодисперсного диоксида кремния // Строительные материалы. 2018. № 11. С. 31–35. EDN: YROOSL. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-765-11-31-35Vishnevskaya Ya.Yu., Lesovik V.S., Alfimova N.I. Energy intensity of the processes of synthesis of composite binders depending on the genesis of the silica-containing component. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhova. 2010. No. 3, pp. 53–56. (In Russian). EDN: OAKGRHВишневская Я.Ю., Лесовик В.С., Алфимова Н.И. Энергоемкость процессов синтеза композиционных вяжущих в зависимости от генезиса кремнеземсодержащего компонента // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2010. № 3. С. 53–56. EDN: OAKGRHBondarenko S.N., Markova I.Yu., Yakovlev E.A., Lebedev M.S., Potapov D.Yu. Study of the processes of structure formation of composite cement stone for soil strengthening. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2022. No. 12, pp. 15–21. (In Russian). EDN: MDRTZV. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-809-12-15-21Бондаренко С.Н., Маркова И.Ю., Яковлев Е.А., Лебедев М.С., Потапов Д.Ю. Структурообразование цементного камня на основе композиционного вяжущего с применением полимерно-минеральной добавки // Строительные материалы. 2022. № 12. С. 15–21. EDN: MDRTZV. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-809-12-15-21Askhabov A.M. Quataron concept: main ideas and some applications. Izvestiya of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences. 2011. Iss. 3, pp. 70–77. (In Russian). EDN: OKDUHZАсхабов А.М. Кватаронная концепция: основные идеи и некоторые приложения // Известия Коми научного центра УрО РАН. 2011. Вып. 3. С. 70–77. EDN: OKDUHZAskhabov A.M. On the properties of pre-embryonic (protomineral) clusters. Dolady of the Academy of Sciences. 2019. Vol. 487. No. 5, pp. 47–50. (In Russian).Асхабов А.М. О свойствах предзародышевых (протоминеральных) кластеров. Доклады АН. 2019. Т. 487. № 5. С. 47–50.