Оценка эффективности минеральных добавок в цементных системах при разработке фотокаталитических композиций "ядро - оболочка"

Одним из перспективных направлений повышения экологической безопасности и обеспечения устойчивого развития населенных пунктов и территорий является разработка и применение фотокаталитически активных строительных материалов, способствующих снижению концентраций загряз- няющих веществ в атмосферном воздухе (летучие органические вещества, аммиак, оксиды азота и серы и др.) за счет их разложения до малотоксичных или нетоксичных продуктов (кислород, диоксид углерода, вода, сульфаты, нитраты и нитриты) в результате протекания в структуре материала окислительновосстановительных реакций при облучении светом [1–8]. Другим положительным аспектом использо-

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ вания материалов с фотокатализаторами является достижение механизма самоочищения их наружных слоев за счет более эффективного смывания загрязнителей водой вследствие гидрофилизации поверхности, что позволяет сохранять длительное время исходные чистоту и цвет строительных изделий и конструкций в условиях воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды [6, 9–11].

На данный момент наиболее широко изученным и успешно применяемым фотокатализатором является диоксид титана анатазной модификации [4, 5, 7, 8, 9–15], характеризующийся химической стабильностью, нетоксичностью и особым строением зонной структуры, обуславливающим его высокую фотокаталитическую активность. Тем не менее, фотокатализ с использованием диоксида титана имеет и ряд недостатков.

Как правило, эффективность фотокаталитическо-го действия TiO2 повышают варьированием размеров кристаллитов диоксида титана, уменьшая их вплоть до единиц нанометра [16]. Вместе с тем, получение порошка TiO2 с такими размерами частиц требует использования специальных методик и технологий приготовления наноразмерных образцов, что ведет к увеличению стоимости фотокатализатора.

Другим существенным недостатком диоксида титана как фотокатализатора является узкий спектральный диапазон действия, характеризуемый его нечувствительностью к основной видимой области солнечного спектра. В частности, ширина запрещенной зоны рутила и анатаза составляет 3,0 и 3,2 эВ соответственно, что выше, чем у других известных полупроводников (например, GaAs, CdSe, Fe2O3, CdS, GaP, WO3, SiC с шириной запрещенной зоны 1,4÷3,0 эВ [11]).

Таким образом, повышение фотокаталитической активности диоксида титана является актуальной задачей современного фотокатализа. Перспективным направлением является получение фотокаталитически активных композиций путем осаждения наночастиц TiO2 на дисперсные носители (системы типа «ядро – оболочка»). За счет повышения активной поверхности TiO2 и его более равномерного распределения в объеме материала фотокаталитическая активность таких систем увеличивается [11].

При разработке фотокаталитических композиционных модификаторов особое внимание уделяется выбору и оценке эффективности сырьевых компонентов, в частности, дисперсных носителей (подложек) фотокаталитических агентов. При этом в работах [17–21] обозначены следующие основные требования к минеральному сырью как подложке фотокатализатора для цементных систем: повышенные значения степени аморфизованности материала и содержания SiO2 – не менее 70 и 50% соответ- ственно; однородный гранулометрический состав со стремлением к монодисперсному распределению частиц по размерам; высокоразвитая химически активная поверхность (наличие микро- и нанопор, преимущественное содержание кислотных центров Бренстеда) и др.

Стоит отметить, что при синтезе фотокаталити-ческих наномодификаторов «ядро – оболочка» для цементных систем одними из наиболее эффективных подложек являются природные и техногенные пуццолановые материалы кремнеземного и алюмосиликатного состава, в частности, диатомит, микрокремнезем, метакаолин, морденит, цеолит и др. [11, 17]. Перспективность использования такого рода сырья в качестве носителя заключается в его широкой применимости в строительных композитах, а также повышенных значениях пористости и содержания аморфной фазы, способствующих формированию активной кислотно-основной поверхности, имеющей высокое химическое сродство с продуктами гидратации цемента и обеспечивающей улучшенную адгезию фотокаталитического материала к цементной матрице [18, 22–27].

Известно, что механизм действия вышеуказанных минеральных модификаторов связан с их высокой пуццолановой активностью, заключающейся в способности аморфного кремнезема и алюмосиликата вступать в реакцию с гидроксидом кальция твердеющей цементной системы с образованием высокопрочных гидросиликатов и гидроалюмосиликатов кальция низкой основности. Формирование данных соединений сопровождается ускорением процессов гидратации, увеличением количества химически связанной воды, уменьшением содержания малопрочных кристаллов портландита, повышением удельной поверхности и прочности цементного камня [28–32].

Другими перспективными видами дисперсных носителей фотокаталитических агентов для цементных систем могут выступать:

• •    расширяющие добавки сульфоалюминатного типа [33, 34], позволяющие управлять деформациями цементных систем путем стимуляции процессов образования кристаллогидратов с увеличенным объемом (эттрингит и др.);

• •    карбонатные породы (известняк, мел, мрамор, доломит), отличающиеся высоким содержанием кальцита [35, 36, 37], способного выступать в качестве центра кристаллизации новообразований различного состава (гидросиликаты кальция, гидраты AF_m-фаз и др.), что дает возможность регулировать кинетику структурообразования цементных композитов.

Таким образом, имеющийся отечественный и зарубежный опыт разработки и применения фотока-талитических композиционных модификаторов для

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ цементных систем показывает, что от выбора носителя фотокатализатора в значительной степени зависят основные параметры синтезируемого материала. При этом для комплексной оценки эффективности подложки необходимо владеть информацией о составе и свойствах используемого минерального сырья, среди которых первостепенное значение придается его химической активности и структурообразующей роли в цементных системах.

Цель данного исследования – установить закономерности влияния четырех видов минеральных добавок (кремнеземная, алюмосиликатная, сульфо-алюминатная и карбонатная) на процессы формирования структуры пластифицированных цементных систем и выявить наиболее эффективные модификаторы для последующего их использования в качестве минеральной подложки в составе фотокаталитиче-ских композиций «ядро (дисперсный носитель) – оболочка (фотокатализатор)».

В процессе исследования были решены следующие задачи:

• 1)    изучен фазовый (минералогический) и гранулометрический состав минеральных добавок;

• 2)    исследовано влияние типа и содержания минеральных добавок на степень гидратации пластифицированного портландцемента и фазовый состав цементного камня в возрасте 28 суток;

• 3)    установлены эффективные модификаторы и их комплексы, позволяющие направленно управлять параметрами структуры цементных композитов.

МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ

Материалы

Для получения цементных систем использовались следующие основные компоненты:

• •    портландцемент ЦЕМ I 42,5Б (Ц) производства

ПАО «Мордовцемент»;

• •    поликарбоксилатный суперпластификатор Melflux 1641 F (ПС) производства BASF Construction Solutions;

• •    четыре вида минеральных добавок (МД):

• 1)    микрокремнезем конденсированный неуплотненный МК-85 (МК) производства АО «Кузнецкие ферросплавы» – кремнеземная МД;

• 2)    метакаолин МКЖЛ-2 высокоактивный (ВМК) производства ООО «Пласт-Рифей» – алюмосиликатная МД;

• 3)    модификатор расширяющий сульфоалюми-натный (РСАМ) производства ООО «Парад Русь» – сульфоалюминатная МД;

• 4)    микрокальцит КМ100 (МКМ) производства ООО «Полипарк» – карбонатная МД.

Эффективность вышеуказанных модификаторов оценивалась в цементных системах с водовяжущим отношением В/(Ц+МД) = 0,24 и суммарной дозировкой минеральных добавок 20% от массы вяжущего. При этом в качестве контрольного был принят состав без минеральных добавок с содержанием пластификатора 1% от массы портландцемента.

Согласно плану экспериментального исследования варьировались две группы факторов:

• •    дозировка суперпластификатора и карбонатного наполнителя (табл. 1): x ₁ – ПС; x ₂ – МКМ;

Таблица 1

Численные значения уровней варьирования первой группы исследуемых факторов

Факторы Уровни варьирования	Вид компонента, % от массы вяжущего (Ц+МД)
	x 1 (ПС)	x 2 (МКМ)
–1	0,5	0
0	1,0	5
+1	1,5	10

Таблица 2

Численные значения уровней варьирования второй группы исследуемых факторов

Факторы Уровни варьирования	Вид активной минеральной добавки (АМД), % от массы вяжущего (Ц+МД)
	ν 1 (МК)	ν 2 (ВМК)	ν 3 (РСАМ)
0	0	0	0
0,333	3.33/5/6,67*	3.33/5/6,67*	3.33/5/6,67*
0,5	5/7,5/10*	5/7,5/10*	5/7,5/10*
1,0	10/15/20*	10/15/20*	10/15/20*

Примечание. *Количество активной минеральной добавки при содержании микрокальцита (МКМ), соответственно, 10/5/0% от массы вяжущего (Ц+МД).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

• •    вид и содержание активных минеральных добавок (АМД) (табл. 2): ν ₁ – МК; ν ₂ – ВМК; ν ₃ – РСАМ. В процессе планирования экспериментального исследования обеспечивалось выполнение следующих условий:

x_i = –1, 0, +1; i = 1, 2;

0 ≤ ν_i ≤ 1; ∑ ν_i = 1; i = 1, 2, 3.                      (1)

Методы

Удельная поверхность и гранулометрический состав минеральных модификаторов определялись методами Козени-Кармана и лазерной дифракции с использованием прибора дисперсионного анализа ПСХ-12 и анализатора размеров частиц Shimadzu Sald-3101.

Исследование фазового состава минеральных добавок и модифицированных цементных систем проводилось методом рентгенофазового анализа (РФА) на дифрактометре «Empyrean» (PANalytical, Нидерланды) с вертикальным гониометром в излучении медного анода с никелевым фильтром. Съемка выполнялась в геометрии по Бреггу-Брентано (θ–2θ сканирование) с применением спектрального дублета Cu Kα12 со средневзвешенной длиной волны λ = 1,5406 Å,.

Основными контролируемыми параметрами структуры цементного камня являлись:

• •    степень гидратации портландцемента (α), оцениваемая по уменьшению интенсивности основного рефлекса C₃S (d = 1,76÷1,77 Å) в гидратированном образце цементного камня в исследуемый момент времени относительно образца исходного вяжущего (цемент + минеральные добавки) до гидратации;

• •    относительное содержание эттрингита (Ca₆Al₂ (SO₄)₃(OH)₁₂• 26H₂O), оцениваемое по отношению интенсивностей основного рефлекса при d = 9,81÷9,83 Å для образцов цементного камня модифицированных и контрольного составов;

• •    относительное содержание портландита (Ca(OH)₂), оцениваемое по отношению интенсивностей основного рефлекса при d = 4.94÷4.96 Å для образцов цементного камня модифицированных и контрольного составов;

• •    относительные количества низкоосновных (C–S– Н(I)) и высокоосновных (C-S-Н(II)) гидросиликатов кальция, оцениваемые путем сравнения интенсивностей основных рефлексов α-CS (d = 3,23÷3,25 Å) и β-CS (d = 2,97÷2,99 Å) для C–S– Н(I) и β-C₂S (d = 2,79÷2,80 Å) для C–S–Н(II) в обожженных при 980÷1000^oС образцах цементного камня модифицированных и контрольного составов.

По результатам анализа дифрактограмм минеральных модификаторов, содержащих аморфное гало (микрокремнезем и метакаолин), рассчитывалась степень их кристалличности (αк) по формуле:

Л 'i:--,                 (2)

где I_к – интегральная интенсивность (суммарная площадь) всех кристаллических пиков;

I_а – интегральная интенсивность (площадь) аморфного гало.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Фазовый (минералогический) состав исследуемых минеральных добавок

Дифрактограммы порошков исследуемых минеральных добавок представлены на рис. 1. Результаты качественного рентгенофазового анализа по определению основных фаз образцов модификаторов приведены в табл. 3.

Анализ результатов экспериментального исследования свидетельствует о перспективности применения в цементных материалах минеральных добавок МК, ВМК и РСАМ ввиду наличия в их структуре реакционноспособных фаз кремнеземного, алюмосиликатного и сульфатного состава – аморфный кремнезем (у МК); аморфная фаза метакаолинита и продукты дегидроксилирования минералов иллитовой группы (у ВМК); ангидрит и продукты терморазрушения слюд и гидрослюд (у РСАМ).

Установлено, что степень кристалличности образцов микрокремнезема и метакаолина составляет соответственно 11,8 и 25,0%. Высокий уровень аморфизированности структуры материала с преобладанием активных форм кремнезема и глинозема обуславливает повышенную физико-химическую эффективность микрокремнезема и метакаолина в цементных системах.

Гранулометрический состав исследуемых минеральных добавок

По результатам исследования (рис. 2 и табл. 4), для образцов микрокремнезема, метакаолина, РСАМ и микрокальцита определены значения удельной поверхности – 20,0; 1,65; 1,00; 0,25 м2/г, а также диапазоны размеров частиц – 0,2÷13,7; 0,2÷23,7; 0,2÷11,0 и 0,3÷137,8 мкм соответственно. Показатель d 50%, характеризующий средний объемный диаметр частиц порошков, увеличивается в ряду МК → РСАМ → ВМК → МКМ; 0,7, 2,5, 3,7 и 13,3 мкм соответственно.

Таким образом, анализ экспериментальных данных показал, что порошки микрокремнезема, мета-

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

Таблица 3

Основные фазы минералогического состава исследуемых минеральных добавок

Вид минеральной добавки	Наименование фазы	Положение рефлексов основных фаз на дифрактограмме (2θ, о)
микрокремнезем (МК)	аморфная фаза (аморфный кремнезем (SiO2))	15÷30 (гало)
	модификации кварца (SiO2) разных кристаллографических систем (сингоний): триклинной, кубической и тетрагональной	28,2; 30,2; 31,4; 35,4
метакаолин (ВМК)	аморфная фаза (метакаолинит)	15÷32 (гало)
	каолинитовая группа (Al2(Si2O5) (OH)4)	12,2; 20,1; 22,1; 23,3; 25,1; 25,4; 38,3
	модификации кварца (SiO2)	8,6; 17,4; 20,8; 26,4; 50,0
	полевые шпаты	21,0; 24,0; 26,4; 27,2; 27,3; 41,7
	иллитовая группа (слюды и гидрослюды)	8,7; 19,6; 25,4; 26,5; 34,8; 35,1
расширяющий сульфоалюминатный модификатор (РСАМ)	ангидрит (CaSO4)	22,8; 25,3; 31,2; 31,9; 36,2; 38,5; 40,7; 41,2; 43,2; 45,4; 46,7; 48,5; 52,1; 55,6
	модификации кварца (SiO2)	20,7; 21,8; 26,5; 39,4; 50,0
	геленит (Ca2Al2SiO7)	23,8; 28,9; 31,2; 52,1
	иллитовая группа (слюды и гидрослюды)	25,3; 26,5; 27,8; 29,9
	полевые шпаты	26,5; 27,8; 29,3
микрокальцит (МКМ)	кальцит (CaCO3)	23,0; 29,4; 31,4; 36,0; 39,4; 43,1; 47,1; 47,5; 48,5; 56,5; 57,4; 58,1

Рис. 1. Дифрактограммы порошков исследуемых минеральных добавок: 1 – микрокремнезем;

2 – метакаолин; 3 – РСАМ; 4 – микрокальцит

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

Средний объёмный диаметр частиц, мкм Вид минеральной добавки:

---микрокремнезем ---метакаолин ---РСАМ             ---микрокальцит

Рис. 2. Интегральные кривые объемного распределения частиц порошков исследуемых минеральных модификаторов каолина и сульфоалюминатного модификатора отличаются повышенной дисперсностью и суженным диапазоном размеров частиц, что свидетельствует о высокой однородности их гранулометрического состава. Отмеченные особенности гранулометрического состава МК, ВМК и РСАМ можно считать показателями их потенциальной эффективности как носителя фотокатализатора в предположении о том, что при синтезе композиций «ядро – оболочка» с использованием монодисперсных подложек покрытие их поверхности фотокаталитическим компонентом будет более равномерным.

Влияние минеральных добавок на процессы структурообразования цементных систем

Используя метод порошковой рентгеновской дифракции образцов цементного камня в возрасте 28 суток, установлено, что степень гидратации портландцемента в составах с минеральными добавками отличается от показателя контрольного состава как в большую, так и в меньшую сторону – изменения варьируются от –17 до +8%. При этом среднее значение показателя в рассматриваемых модифицированных цементных системах составило 71%, что близко

Таблица 4

Основные показатели гранулометрического состава порошков исследуемых минеральных добавок

Вид минеральной добавки	Удельная поверхность, м2/г	Диапазон размеров частиц, мкм	Размер частиц, мкм
			d 90%	d 50%	d 10%
микрокремнезем	20,00	0,2÷13,7	6,2	0,7	0,3
метакаолин	1,65	0,2÷23,7	9,3	3,7	1,4
РСАМ	1,00	0,2÷11,0	4,9	2,5	1,1
микрокальцит	0,25	0,3÷137,8	63,5	13,3	1,2

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ к показателю контрольного состава (74%). Стоит отметить, что отсутствие явно выраженных закономерностей изменения степени гидратации портландцемента при варьировании в рецептуре содержания пластифицирующей и минеральных добавок разной химической природы может быть обусловлено сложностью и многокомпонентностью рассматриваемых составов цементных систем и свидетельствует о комплексном и неаддитивном влиянии модификаторов на исследуемый показатель.

На рис. 3–6 представлены результаты исследования влияния минеральных добавок МК, ВМК, РСАМ и МКМ на основные контролируемые показатели фазового состава цементных систем с установлением корреляционных зависимостей.

Важной фазой твердеющей цементной системы является эттрингит Ca6Al2(SO4)3(OH)12•26H2O, который потенциально может способствовать наноармированию структуры цементного камня. Согласно рис. 3, соотношение добавок МК, ВМК, РСАМ и МКМ в используемых минеральных комплексах оказывает существенное влияние на содержание эттрингита в фазовом составе цементного камня в возрасте 28 суток. В частности, увеличение доли РСАМ в общей массе минеральных добавок приводит к значительному повышению концентрации эттрингита, достигая максимальных значений в образце цементного камня с наибольшей дозировкой РСАМ (20% от массы вяжущего (Ц+МД) или 100% от массы МД) и поликарбоксилатного суперпластификатора (1,5% от массы вяжущего (Ц+МД)) – 3,0 отн. ед. (в 3 раза выше, чем аналогичный показатель контрольного состава без минеральных добавок). Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о потенциальной рецептурной эффективности добавки РСАМ по достижению расширяющего эффекта и сдерживанию усадочных деформаций в твердеющей цементной системе. Экспериментальные данные согласуются с результатами исследований других суль-фоалюминатных модификаторов, представленными в работах [33, 34].

Полная или частичная замена расширяющего сульфоалюминатного модификатора микрокремнеземом, метакаолином, микрокальцитом и их комплексами приводит к снижению содержания эттрингита в фазовом составе цементного камня (рис. 3). При отсутствии РСАМ наибольшая концентрация Ca6Al2(SO4)3(OH)12•26H2O зафиксирована в составе без микрокальцита при соотношении МК/ВМК = 1/1 (по 10% от общей массы вяжущего (Ц+МД)) и дозировке суперпластификатора 1% от массы вяжущего – 1,4 отн. ед., т.е. на 40% выше, чем показатель контрольного состава.

Установлены закономерности изменения содержания основных гидратных фаз (портландита и гидросиликатов кальция (ГСК)) цементного камня в возрасте 28 суток от вида и концентрации исследуемых минеральных добавок (рис. 4, 5 и 6).

Выявлено, что использование в составах цементных систем микрокремнезема, метакаолина и РСАМ позволяет снизить до 2,4 и 2,3 раз содержание высокоосновных гидросиликатов кальция C–S–H(II) и малопрочных кристаллов Ca(OH)2 соответственно (рис. 4 и 5а), а также увеличить до 11 раз количество низкоосновных гидросиликатов кальция C–S–H(I) (рис. 6а), отличающихся высокой дисперсностью и прочностью.

Установленное изменение баланса между гидратными фазами в структуре цементного камня с добавками микрокремнезема, метакаолина и РСАМ в сторону увеличения объема более прочных и устойчивых низкоосновных гидросиликатов кальция C–S–H(I) с соотношением СаО/SiO2 ≤ 1,5 вместо первичных кристаллогидратов типа портландита и высокоосновных гидросиликатов кальция C–S–H(II) с соотношением СаО/SiO2 > 1,5 является проявлением химического эффекта в механизме действия указанных минеральных модификаторов. Данный химический эффект связан с пуццолановой активностью минеральных добавок МК, ВМК и РСАМ в цементных системах и обусловлен наличием в их минералогическом составе активных компонентов (реакционноспособных фаз с аморфизированной структурой или метастабильной кристаллической решеткой).

Обратная картина наблюдается при введении в цементные системы микрокальцита. Увеличение доли МКМ в комплексе минеральных добавок (АМД+МКМ) способствует повышению количества Ca(OH)2 и высокоосновных ГСК C–S–H(II) (рис. 4 и 5б). При этом содержание низкоосновных ГСК C–S–H(I) изменяется по-разному: в составах с МК значительно снижается, а в составах с ВМК и РСАМ практически не изменяется (рис. 6б). Полученные результаты подтверждают относительную химическую инертность микрокальцита в цементных системах.

Наиболее высокое количество низкоосновных ГСК зафиксировано в составах с максимальным содержанием микрокремнезема (при доле МК в общей массе минерального комплекса (МК+ВМК+РСАМ+МКМ) – 100%) и составило 10,9 и 8,9 отн. ед. при дозировках суперпластификатора Melflux 0,5 и 1,5% от массы вяжущего (Ц+МД) соответственно, т.е. в 11 и 9 раз выше показателя контрольного состава без минеральных добавок. При этом установлен пороговый уровень концентрации МК, равный 50% от общей массы минеральных добавок, при превышении которого в фазовом составе цементного камня происходит резкое повышение количества C-S-H(I) (до 7,5 раз) (рис. 6а).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

Количество АМД в общей массе минеральных добавок, % Вид АМД:

оМК "ВМК ДРСАМ

Рис. 3. Изменение относительного содержания эттрингита в фазовом составе цементного камня в возрасте 28 суток (по отношению к контрольному составу) в зависимости от количества АМД (а) и МКМ (б) в общей массе минеральных добавок

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

б

Количество МКМ в общей массе минеральных добавок, % Вид присутствующей АМД в рассматриваемых составах:

ОМК о ВМК ДРСАМ

Рис. 4. Изменение относительного содержания Ca(OH)₂ в фазовом составе цементного камня в возрасте 28 суток (по отношению к контрольному составу) в зависимости от количества АМД (а) и МКМ (б) в общей массе минеральных добавок

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

б

Количество МКМ в общей массе минеральных добавок, % Вид присутствующей АМД в рассматриваемых составах:

ОМК а ВМК ДРСАМ

Рис. 5. Изменение относительного содержания высокоосновных ГСК C–S–H(II) в фазовом составе цементного камня в возрасте 28 суток (по отношению к контрольному составу) в зависимости от количества АМД (а) и МКМ (б) в общей массе минеральных добавок

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

Рис. 6. Изменение относительного содержания низкоосновных ГСК C–S–H(I) в фазовом составе цементного камня в возрасте 28 суток (по отношению к контрольному составу) в зависимости от количества АМД (а) и МКМ (б) в общей массе минеральных добавок

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

Замена микрокремнезема метакаолином, РСАМ и их комплексами приводит к снижению содержания C-S-H(I) в фазовом составе цементного камня, при этом согласно рис. 6а оптимальное соотношение ВМК/РСАМ, позволяющее уменьшить данный эффект, составляет 50/50 (% от общей массы комплекса МД). В частности, в цементных системах без микрокремнезема наиболее высокое содержание C–S– H(I), равное 2,3 отн. ед., имеет состав без микрокальцита с равной долей ВМК и РСАМ (по 10% от общей массы вяжущего (Ц+МД)) и дозировкой суперпластификатора 1% от массы вяжущего. Приведенные результаты свидетельствуют о том, что содержание низкоосновных ГСК в фазовом составе цементного камня напрямую зависит от количества аморфного кремнезема и удельной поверхности минеральной добавки, вводимой в рецептуру цементных систем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные экспериментальные исследования позволили получить следующие научные результаты:

1) установлены особенности фазового (минералогического) и гранулометрического состава 4 видов минеральных добавок (микрокремнезем, метакао-

лин, расширяющий сульфоалюминатный модификатор и микрокальцит);

• 2)    выявлено влияние типа и содержания минеральных добавок на степень гидратации пластифицированного портландцемента и фазовый состав цементного камня в возрасте 28 суток;

• 3)    установлены эффективные модификаторы и их комплексы, позволяющие управлять параметрами структуры цементных композитов.

Использование индивидуальных и комплексных минеральных добавок на основе микрокремнезема, метакаолина и РСАМ дает возможность направленно влиять на содержание основных фаз цементного камня – эттрингита, портландита, гидросиликатов кальция разной основности.

Таким образом, повышенная химическая активность МК, ВМК и РСАМ в цементных системах, обусловленная наличием в структуре реакционноспособных минералов, наряду с особенностями гранулометрического состава (высокая дисперсность и узкий диапазон размеров частиц) свидетельствуют о потенциальной перспективности их применения в качестве минеральной подложки в составе фотокаталитических композиций «ядро – оболочка».