Влияние активированного бентонита на свойства щелочных вяжущих материалов

С развитием промышленности строительных материалов предприняты значительные усилия для получения высокопрочных и долговечных композитов с использованием минеральных порошков, нанодобавок, суперпластификаторов на основе эфиров поликарбоксилатов и др., существенно улучшающих свойства и структуру бетона, повышая тем самым в 1,5–2 раза жизненный цикл конструктивных элементов зданий и сооружений. Природный бентонит с номинальным размером микрочастиц примерно 6–8 мкм, состоящих из пучков пластинок, является перспективной добавкой для получения непроницаемого и прочного бетонного композита, позволяющей свести к минимуму несоответствия поровой структуры цементного камня. Проведенный анализ особенностей применения бентонита различных модификаций в качестве наполнителя вяжущих композиций позволил отметить положительный эффект его влияния на свойства цементного камня. Настоящее исследование направлено на изучение влияния бентонита (наноглины) на структуру и свойства щелочных вяжущих «аспирационная пыль – бентонит – Na₂O∙SiO₂», активированных как щелочным затворителем, так и модифицированным бентонитом. Проведенные исследования позволили оценить влияние добавок активированного и органомодифицированного бентонита в составе вяжущей связки на процессы формирования структуры и свойств бетонного камня. Органомодификация бентонита катионоактивной добавкой алкилдиметилбензиламмоний хлорид способствовала созданию плотной упаковки композита, к тому же с эффектом гидрофобизации, что положительно отразилось на свойствах бетона. Полученные закономерности формирования структуры и зависимости свойств цементного камня от степени насыщения вяжущей композиции позволят получать качественную продукцию, определяя роль и возможности щелочной активации порошков алюмосиликатной природы в строительном сегменте.

С.-А.Ю. МУРТАЗАЕВ^1,2, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
М.Ш. САЛАМАНОВА^1,2, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
З.Ш. ГАЦАЕВ^1,2, инженер (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Грозненский государственный нефтяной технический университет им. академика М.Д. Миллионщикова (364021, г. Грозный, пр. Исаева, 100)
² Комплексный научно-исследовательский институт им. Х.И. Ибрагимова Российской академии наук (364051, г. Грозный, Старопромысловское ш., 21а)

1. Basheer L., Kropp J., Cleland D. J. Assessment of the durability of concrete from its permeation properties: A review. Construction and Building Materials. 2001. Vol. 15. No. 2–3, рр. 93–103. https://doi.org/10.1016/S0950-0618(00)00058-1
2. Segad M., Jönsson B., Åkesson T., Cabane B. Ca/Na montmorillonite: Structure, forces and swelling properties. Langmuir. 2010. Vol. 26. No. 8, рр. 5782–5790. DOI: 10.1021/la9036293
3. Yang H., Long D., Zhenyu L. Effects of bentonite on pore structure and permeability of cement mortar. Construction and Building Materials. 2019. Vol. 224, рр. 276–283. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.07.073
4. Висханов С.С., Сапаев Х.Х., Слонов А.Л. Органо-модификация и исследование свойств природного бентонита месторождения Чеченской Республики // Известия Кабардино-Балкарского государственного университета. 2022. Т. 12. № 3. С. 47–51.
4. Viskhanov S.S., Sapaev Kh. Kh., Slonov A. L. Organomodification and study of the properties of natural bentonite from the deposit of the Chechen Republic. Izvestiya of the Kabardino-Balkarian State University. 2019. No. 7, рр. 32–40. (In Russian).
5. Патент № 2595125 C1. Российская Федерация, МПК C04B 33/04. Способ получения активированного порошкообразного бентонита: № 2015133276/03. Заявл. 07.08.2015. Опубл. 20.08.2016 / В.Х. Межидов, С.С. Висханов, А.Л. Даудова, А.С. Эльдерханов; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М.Д. Миллионщикова».
5. Patent No. 2595125 C1 Russian Federation, IPC C04B 33/04. Method for producing activated powdered bentonite: No. 2015133276/03: Appl. 08/07/2015. Publ. 08.20.2016 / V.Kh. Mezhidov, S.S. Viskhanov, A.L. Daudova, A.S. Elderkhanov; applicant Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education «Grozny State Oil Technical University named after Academician M.D. Millionshchikov».
6. Муртазаев С.-А.Ю., Сайдумов М.С., Саламанова М.Ш., Гацаев З.Ш. Перспективы использования бентонитовых глин в составах бетонных композитов // Вестник Грозненского государственного нефтяного технического университета. Технические науки. 2020. Т. 4. № 22. С. 70–76.
6. Murtazaev S.-A.Yu., Saidumov M.S., Salamanova M.Sh., Gatsaev Z.Sh. Prospects for the use of bentonite clays in the composition of concrete composites. Vestnik of the Grozny State Oil Technical University. Technical science. 2020. Vol. 4. No. 22, рр. 70–76. (In Russian).
7. Саламанова М.Ш., Гацаев З.Ш., Сызранцев В.В. Исследование свойств щелочных вяжущих материалов с добавкой тонкодисперсного бентонита // Вестник Московского государственного строительного университета. 2022. Т. 17. № 8. С. 1017–1026.
7. Salamanova M.Sh., Gatsaev Z.Sh., Syzrantsev V.V. Investigation of the properties of alkaline binders with the addition of finely dispersed bentonite. Vestnik of the Moscow State University of Civil Engineering. 2022. Vol. 17. No. 8, рр. 1017–1026. (In Russian).
8. Chesnene Yu., Baltushnikas A., Lukosyute I. Influence of organoclay structural characteristics on properties and hydration of cement pastes. Construction and Building Materials. 2018. Vol. 166, рр. 59–71. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.01.099
9. Liu M., Hu Y., Lai Z. Influence of various bentonites on the mechanical properties and impermeability of cement mortars. Construction and Building Materials. 2020. Vol. 241. 118015. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118015
10. Jlassi K., Krupa I., Chehimi M.M. Chapter 1 – Overview: clay preparation, properties, modification. Clay-Polymer Nanocomposites. Elsevier. 2017, рр. 1–28. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-46153-5.00001-X
11. Kuo W.Y., Huang J.S., Lin C.H. Effects of organo-modified montmorillonite on strengths and permeability of cement mortars. Cement and Concrete Research. 2006. Vol. 36. No. 5, рр. 886–895. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2005.11.013
12. Li H.A., Gang Xiao H., Hing Ou J. Study on mechanical and pressure-sensitive properties of cement mortar with nanophase materials. Cement and Concrete Research. 2004. Vol. 34. No. 3, рр. 435–438. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2003.08.025
13. Liu L. Prediction of swelling pressures of different types of bentonite in dilute solutions. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2013. Vol. 434, рр. 303–318. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2013.05.068
14. Lothenbach B., Scrivener K., Hooton R.D. Supple-mentary cementitious materials. Cement and Concrete Research. 2011. Vol. 41. No. 12, рр. 1244–1256. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2010.12.001
15. Norhasri M.S.M., Hamidah M.S., Fadzil A.M. Applications of using nano material in concrete: A review. Construction and Building Materials. 2017. Vol. 133, рр. 91–97. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.12.005
16. Jiang J., Lu Z., Li J. Preparation and properties of nanopore-rich lightweight cement paste based on swelled bentonite. Construction and Building Materials. 2019. Vol. 199, рр. 72–81. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.11.278
17. Трофимова Ф.А., Демидова М.И., Лыгина Т.З. и др. Технология активации бентонитовых глин, их модификация и результаты применения органобентонитов в качестве перспективных термостабилизаторов эластомеров. Новые методы технологической минералогии при оценке руд металлов и промышленных минералов. Петрозаводск: Геологический институт КНЦ РАН, 2009. С. 121–126.
17. Trofimova F.A., Demidova M.I., Lygina T.Z. et al. Technology of activation of bentonite clays, their modification and the results of the use of organobentonites as promising thermal stabilizers for elastomers. New methods of technological mineralogy in the evaluation of metal and industrial ores minerals. Petrozavodsk: Geological Institute of KSC RAS. 2009, рр. 121–126. (In Russian).
18. Саламанова М.Ш., Муртазаев С.-А.Ю. Цементы щелочной активации: возможность снижения энергоемкости получения строительных композитов // Строительные материалы. 2019. № 7. С. 32–40. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-772-7-32-40
18. Salamanova M.Sh., Murtazaev S.-A.Yu. Cements of alkaline activation the possibility of reducing the energy intensity of building composites. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2019. No. 7, рр. 32–40. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-772-7-32-40
19. Муртазаев С.-А.Ю., Саламанова М.Ш. Перспективы использования термоактивированного сырья алюмосиликатной природы // Приволжский научный журнал. 2018. Т. 46. № 2. С. 65–70.
19. Murtazayev S-A.Yu., Salamanova M.Sh. Prospects of the use of thermoactivated raw material of alumosilicate nature. Privolzhskii nauchnyi zhurnal. 2018. Vol. 46. No. 2, рр. 65–70. (In Russian).
20. Саламанова М.Ш., Алиев С.А., Муртазаева Р.С.-А. Структура и свойства вяжущих щелочной активации с использованием цементной пыли // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2019. Т. 46. № 2. С. 148–158.
20. Salamanova M.Sh., Aliyev S.A., Murtazayev R.S-A. The structure and properties of binders alkaline activation using cement dust. Vestnik of the Dagestan State Technical University. Technical science. 2019. Vol. 46. No. 2, рр. 148–158. (In Russian).