Цементные композиции с комплексными модифицирующими добавками на оcнове водного раствора глиоксаля

Введение. В связи с многокомпонентностью состава цементный бетон обладает высоким потенциалом повышения технических характеристик путем управления технологическими процессами или качеством исходных материалов, что позволяет разрабатывать композиты с заданными требованиями для строительства современных ресурсо- и энергосберегающих зданий, в том числе для северных территорий России. При переходе на микроуровень формирования структуры цементных бетонов открываются новые возможности для направленного регулирования свойств. Исходя из этого, для повышения качества бетонов посредством улучшения структуры цементного камня предложен метод введения в смесь добавок модификаторов, направленно воздействующих на новообразования в системе «цемент-вода», что дает возможность управлять процессом структурообразования цементного камня.
Материалы и методы. Проведены исследования с применением методов испытаний, изложенных в национальных стандартах, и физико-химического анализа: термического анализа и электронной растровой микроскопии. Приведены результаты исследования влияния комплексных модифицирующих добавок (КМД) на основе водного раствора глиоксаля и органических кислот на реологические и прочностные свойства цементного камня, определены закономерности процессов и механизм структурообразования модифицированного цементного теста.
Результаты. Установлены оптимальные составы цементной композиции на основе водного раствора глиоксаля. В первые сутки твердения цементного камня с КМД, включающей полимолочную кислоту и водный раствор глиоксаля, а также молочную кислоту и водный раствор глиоксаля, прочность повышается на 23,5%, а в 28-суточном возрасте – до 63% по сравнению с контрольным составом. Физико-химическими исследованиями установлено, что в цементном камне с КМД на основе водного раствора глиоксаля и органических кислот повышается плотность и однородность структуры, а также увеличивается содержание низкоосновных гидросиликатов.
Заключение. Разработанные комплексные добавки рекомендованы для использования при производстве цементных бетонов с требуемой скоростью структурообразования и высокой прочностью.

1. Cong X.H., Xue B., Sun J., Sun X.W. Experiment and Research on the Influence of Mineral Admixture on Cement- Based Material Performance // Applied Mechanics and Materials. 2012. № 174-177. Pp. 1446-1449.

2. Sokolova Y., Ayzenshtadt A.M., Strokova V.V., Malkov V.S. Surface tension determination in glyoxal-silica dispersed system // Journal of Physics Conference Series. 2018. V. 1038 (1). № 01214. DOI: 10.1088/1742-6596/1038/1/012141.

3. Kudyakov A.I., Steshenko A.B. Study of hardened cement paste with crystalline glyoxal // Key Engineering Materials: Multifunctional Materials: Development and Application. 2016. Vol. 683. Pp. 113-117. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.683.113.

4. Гайда Ю.В., Айзенштадт А.М., Мальков В.С., Фомченков М.А. Органоминеральная добавка для укрепления песчаных грунтов // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 11. С. 17–21.

5. Gandon L., Lehmann R.L., Marcheguet H.G.L., Tarbouriech F.P.M. Production of new compositions from glyoxal and alkali metal silicates. US Patent № 3028340. 1957.

6. Sokolova Y., Ayzenshtadt A.M., Strokova V.V. Evaluation of dispersion interaction in glyoxal/ silica organomineral system // Journal of Physics Conference Series. 2017. V. 929 (1). № 012110. DOI: 10.1088/1742-6596/929/1/012110.

7. Гайда Ю.В., Айзенштадт А.М., Строкова В.В., Нелюбова В.В. Оптимизация процесса полимеризации глиоксаля – компонента органоминеральной добавки для укрепления песчаных грунтов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 5. С. 6–10.

8. Войтович Е.В., Чулкова И.Л., Фомина Е.В., Череватова А.В. Повышение эффективности цементных вяжущих с активным минеральным нанодисперсным компонентом // Вестник СибАДИ. 2015. № 5 (45). С.56–62.

9. Simakova A., Kudyakov A., Efremova V., Latypov A. The effects of complex glyoxal based modifiers on properties of cement paste and hardened cement paste // AIP Conference Proceedings. 2017. V. 1800. № 020006. DOI: 10.1063/1.4973022.

10. Gorlenko N.P., Sarkisov Yu.S., Volkova V.A. Kul’chenko K. Structurization Processes in the System Cement–Water with Chemical Addition of Glyoxal // Russian Physics Journal. 2014. № 57 (2). Pp. 278-284. DOI: 10.1007/s11182-014-0236-4.

11. Горленко Н.П., Рубанов А.В., Саркисов Ю.С. Противоморозная добавка на основе натриевой соли глиоксалиевой кислоты // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2015. № 5. С. 110–116.

12. Минаев К.М., Мартынова Д.О., Князев А.С., Захаров А.С. Исследование свойств буровых растворов, содержащих глиоксаль и модифицированные глиоксалем полисахариды // Вестник Томского государственного университета. 2014. № 380. С. 225–229.

13. Avzianova E., Brooks S.D. Raman spectroscopy of glyoxal oligomers in aqueous solutions // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2013. V. 101. Pp. 40–48.

14. Kudyakov A.I., Steshenko A.B. Investigation of the influence of the crystalline glyoxal on properties of air hardened cement based foam concrete // Letters on Materials. 2015. № 5 (1). Pp 3-6. DOI: 10.22226/2410-3535-2015-1-3-6.

15. Kudyakov A.I., Steshenko A.B., Simakova A.S., Latypov A.D. Methods of introduction of glyoxalcontaining additives into foam concrete mixture IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2019. V. 597. № 012037. DOI:10.1088/1757-899X/597/1/012037.

16. Кудяков А.И., Симакова А.С., Кондратенко В.А., Стешенко А.Б., Латыпов А.Д. Влияние органических добавок на свойства цементного теста и камня // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2018. Т. 20, № 6. С. 138–147.

17. Kurten T., Elm J., Prisle N., Mikkelsen K. Computation study of the effect of glyoxal -sulfate clustering on the Henry’s law coefficient of glyoxal // The Journal of Physical Chemistry A. 2015. V. 119. № 19. Pp. 4509–4514. dx.doi.org/10.1021jp510304c.

18. Hazra M., Francisco J., Sinha A. Hydrolysis of gluoxal in in water-restricted environments: formation of organic aerosol precursors through formic acid catalysis // The Journal of Physical Chemistry A. 2014. № 118. Pp. 4095-4105.

19. Чернышов Е.М. Развитие теории системно-структурного материаловедения и высоких технологий строительных композитов нового поколения // Строительные материалы. 2011. № 7. С. 54–60.

20. Чулкова И.Л., Галдина В.Д. Влияние состава жидкой фазы на процесс твердения цементов // Промышленное и гражданское строительство. 2019. № 12. С. 48–54.

21. Кудяков А.И., Стешенко А.Б., Конушева В.В., Сыркин О.О. Технологические приемы уменьшения усадки неавтоклавного пенобетона и повышения класса по прочности // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2016. № 5(58). С. 129–139.

22. Стешенко А.Б., Кудяков А.И. Исследование влияния кристаллического глиоксаля на свойства цементного пенобетона естественного твердения // Письма о материалах. 2015. Т. 5, № 1 (17). С. 3-6. DOI: 10.22226/2410-3535-2015-1-3-6.