Исследование влияния СО2 на формирование наноразмерной структуры и физико-механические свойства бетона
Автор: Каменов Р.У., Залятдинов А.А., Реченко Д.С.
Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Рубрика: Результаты исследований ученых и специалистов
Статья в выпуске: 3 т.16, 2024 года.
Бесплатный доступ
Введение. В условиях глобальной борьбы с изменением климата актуальным является снижение выбросов СО2 и его утилизация. Одним из перспективных направлений является использование СО2 в строительстве, в частности, в производстве бетона. Настоящая статья исследует влияние диоксида углерода на формирование наноразмерной структуры и физикомеханические свойства бетонных смесей. Методы и материалы. Для исследований была разработана специальная установка для смешивания цемента, песка, воды и СО2 под давлением. Полученные образцы бетона подвергались испытаниям на прочность при сжатии и изгибе с использованием автоматического двухдиапазонного испытательного пресса MATEST E161-03N. Также проведен анализ микроструктуры образцов с использованием сканирующего электронного микроскопа (СЭМ). Обсуждение. Результаты экспериментов показали, что введение СО2 в бетонную смесь способствует формированию наноразмерной структуры, что улучшает её прочностные характеристики до определенного давления. При дальнейшем увеличении давления наблюдается ухудшение этих характеристик. Дополнительное время перемешивания и увеличение объема воды также влияют на прочность бетона и его микроструктуру.
Наноразмерная структура, утилизация диоксида углерода, прочность бетона, карбонизация, диоксид углерода, экология
Короткий адрес: https://sciup.org/142241525
IDR: 142241525 | УДК: 69.10.4.7 | DOI: 10.15828/2075-8545-2024-16-3-249-256
Study of CO2 influence on the formation of nanoscale structure and physical and mechanical properties of concrete
Introduction. In the context of the global fight against climate change, the reduction of CO2 emissions and its utilization is a topical theme. One of the promising directions is the utilization of CO2 in construction, in particular, in concrete production. The present research investigates the effect of carbon dioxide on the formation of nanoscale structure and physical and mechanical properties of concrete mixtures. Methods and Materials. A special unit for mixing cement, sand, water and CO2 under pressure was developed for the research. The obtained concrete specimen were subjected to compressive and flexural strength tests using MATEST E161-03N automatic dual range testing press. The microstructure of the specimen was also analyzed using scanning electron microscope (SEM). Discussion. The experimental results showed that the introduction of CO2 into the concrete mixture promotes the formation of nanoscale structure, which improves its strength properties up to a certain pressure. With further increase in pressure, deterioration of these characteristics is being observed. Additional mixing time and increase in water volume also affect the strength of concrete and its microstructure.
Список литературы Исследование влияния СО2 на формирование наноразмерной структуры и физико-механические свойства бетона
- Кондратьев В.Б. Мировая цементная промышленность / В.Б. Кондратьев // Отрасли и сектора глобальной экономики: особенности и тенденции развития / Фонд исторической перспективы Центр исследований и аналитики. Москва: Издательство «Международные отношения», 2015. С. 185–202.
- Клайн Д. Проектирование цементного завода будущего. Часть II / Д. Клайн // Цемент и его применение. 2019. № 1. С. 48–53.
- Monteiro, P.J.M. Towards sustainable concrete. P.J.M. Monteiro, S.A. Miller, A. Horvath. Nature Mater. 2017;16 (7):698-699.
- Gartner E.M. A physico-chemical basis for novel cementitious binders. E.M. Gartner, D.E. Macphee. Cement and Concrete Research. 2011; 41(7): 736-749.
- Cement technology roadmap [Electronic resource]. Mode of access: https://www.wbcsd.org/Sector-Projects/ Cement-Sustainability-Initiative/News/Cement-technology-roadmap-shows-how-the-path-to-achieve-CO2-reductions-up-to-24-by-2050. Date of access: 21.01.2024.
- Эванс Л. Экологический рейтинг цемента / Л. Эванс, М. Муттер // Цемент и его применение. 2019. № 4. С. 24–27.
- Meyer V. Properties of Solidia Cement and Concrete. V. Meyer, S. Sahu, A. Dunster. Proceedings of the 1st International
- Conference on Innovation in Lowcarbon Cement & Concrete Technology London, UK; 2019. 24-26.
- 1st International Conference on Innovation in Low Carbon Cement and Concrete Technology. R. Mangabhai
- [et al]; 2019. 103
- Boden T. Global, Regional, and National Fossil-Fuel CO2 Emissions (1751 - 2014) (V. 2017). T. Boden, R. Andres, G. Marland. 2017.
- Cement and carbon emissions. L. Barcelo [et al.]. Mater Struct. 2014; 47(6); 1055-1065.
- Andrew R.M. Global CO2 emissions from cement production. R.M. Andrew. Earth Syst. Sci. Data. 2018;10(1):195-217.
- Leber I. Some effects of carbon dioxide on mortars and concrete. I. Leber, F.A. Blakey. Mater. construcc. 2017;7 (079): 39.
- Шмитько Е.И. Химия цемента и вяжущих веществ / Е.И. Шмитько, А.В. Крылов, В.В. Шаталов. Воронеж: Воронеж.гос.арх.-строит.ун-т, 2005. 164 с.
- Scrivener K.L. Options for the future of cement. K.L. Scrivener. 2014; (88)7:11-21.
- Невилль А.М. Свойства бетона / А.М. Невилль // М.: Стройиздат, 1972. С. 269-271.
- Katz A. Properties of concrete made with recycled aggregate from partially hydrated old concrete. A. Katz. Cement and Concrete Research. 2003;33(5):703-711.
- Kosmatka S.H. Design and control of concrete mixtures. S.H. Kosmatka, B. Kerkhoff, W.C. Panarese. – Skokie, Ill: Portland Cement Association 2002. 358.
- Neville A.M. Concrete technology. A.M. Neville, J.J. Brooks. Harlow: Prentice Hall 2010; 442.
- Day K.W. Concrete mix design, quality control and specification. K.W. Day. London: E & FN Spon; 1999. 391.
- Woodson R.D. Concrete structures: protection, repair and rehabilitation. Concrete structures. R.D. Woodson. Amsterdam; Boston: Butterworth-Heinemann; 2009. 255
- Handbook of concrete engineering. ред. M. Fintel. New York: Van Nostrand Reinhold; 1985. 892
- Mehta P.K. Concrete: microstructure, properties, and materials. Concrete. P.K. Mehta, P.J.M. Monteiro. – New York: McGraw-Hill Education; 2014. 675.
- Palley R. Concrete: a seven-thousand-year history. Concrete. R. Palley. New York: The Quantuck Lane Press; 2010. 232.
- Courland R. Concrete planet: the strange and fascinating story of the world’s most common man-made material. Concrete planet. R. Courland. Amherst NY: Prometheus Books; 2011. 396.
- The new concrete: visual poetry in the 21st century. The new concrete. ред. V. Bean C. McCabe, K. Goldsmith. London: Hayward Publ; 2015. 240.
- Forty A. Concrete and culture: a material history. Concrete and culture. A. Forty. – London: Reaktion 2012.
- Collins P. Concrete: the vision of a new architecture. Concrete. P. Collins. – Montréal: McGill-Queen’s University Press; 2004. 64.
- ГОСТ 10180-2012 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.