Keywords

asa

Строительство и техногенная безопасность

2413-1873

КФУ им. В.И. Вернадского

405

Construction

Строительные науки

ТВЕРДЕНИЕ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ С КОМПЛЕКСНЫМ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫМ МОДИФИКАТОРОМ ПРИ ПОНИЖЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ

HARDENING OF CEMENT PASTE WITH COMPLEX ORGANIC-MINERAL MODIFIER AT LOW TEMPERATURE

Вороненко

М. Э.

Voronenko

M. E.

Зайченко

Н. М.

Zaichenko

N. M.

Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Donbass National Academy of Civil Engineering and Architecture Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Donbass National Academy of Civil Engineering and Architecture

28 10 2026

42(94)

31 42

2026

Строительство и техногенная безопасность

https://stroyjurnal-asa.ru/index.php/asa/article/view/405

Исследования связаны с важным актуальным вопросом разработки различных мероприятий для ускорения твердения бетонов, в составах которых кроме портландцемента содержатся дополнительные цементирующие материалы. Авторами изучено влияние комплексного органоминерального модификатора, в частности, синтезированных наночастиц гидрата силиката кальция и поликарбоксилатного суперпластификатора на кинетику гидратации и твердения, в том числе при пониженной температуре окружающей среды, композиционных вяжущих, содержащих в качестве частичной замены портландцемента активную минеральную добавку – метакаолин. По нормируемым показателям предела прочности при сжатии камня вяжущего в раннем возрасте твердения (2 и 7 суток) в нормальных условиях, а также при пониженной температуре окружающей среды (+ 10°С) выполнена оптимизация состава комплексного органоминерального модификатора. Установлено, что максимальное влияние на прочность при сжатии в раннем возрасте твердения (2 сут.) как в нормальных условиях, так и при пониженной температуре окружающей среды оказывает содержание наногидратированного силиката кальция (Master X-Seed 45). В возрасте семи суток твердения, и еще в большей мере, в проектном возрасте, ускоряющий эффект комплексного модификатора значительно ослабевает, особенно при пониженной температуре твердения. Авторами выявлен положительный эффект совместного влияния добавок синтезированного гидросиликата кальция и поликарбоксилатного суперпластификатора на подвижность теста вяжущего. С применением рентгенофазового анализа исследован состав продуктов гидратации камня вяжущего: идентифицированы портландит, гидроалюминаты кальция переменного состава и эттрингит (фаза AFt). Показано, что показатели прочности цементного камня при сжатии во многом коррелируют с результатами рентгенофазового анализа.

The research addresses the important and pressing issue of developing various measures to accelerate the hardening of concrete containing supplementary cementitious materials in addition to Portland cement. The authors have studied the effect of complex organic-mineral modifier, specifically synthesized nanoparticles of calcium silicate hydrate and polycarboxylate superplasticizer, on hydration and hardening kinetics of composite cement containing the active mineral additive of metakaolin as a partial replacement for Portland cement, including at low ambient temperatures. The composition of the complex organic-mineral modifier based on the standardized compressive strength of the cement paste at early curing ages (2 and 7 days) under normal conditions, as well as at low ambient temperatures (+10°C) was optimized. It was established that the content of nanohydrated calcium silicate (Master X-Seed 45) has the greatest effect on compressive strength at early age of hardening (2 days), both under normal conditions and at low ambient temperatures. The accelerating effect of the complex modifier significantly weakens at the age of seven days of hardening, and even more so at the design age, especially at low curing temperature. The authors have identified a positive effect of the combined influence of synthesized calcium silicate hydrous additive and polycarboxylate superplasticizer on the workability of the cement paste. Using X-ray phase analysis, the composition of the hydration products of cement paste have been studied: portlandite, calcium hydroaluminates of variable composition, and ettringite (AFt phase) have been identified. It was shown that the compressive strength of cement pastes correlates close enough with the results of X-ray phase analysis.

Keywordsmetakaolincrystalline hydrate solutionsuperplasticizercalcium hydrosilicateshydrationstrengthoptimization

Ключевые словаметакаолинраствор кристаллогидратовсуперпластификаторгидросиликаты кальциягидратацияпрочностьоптимизация

полный текст на сайте stroyjurnal-asa.ru

Разработка составов сырьевых смесей для получения портландцементного клинкера на основе отходов камнедобычи диабазовых горных пород [Электронный ресурс] / Н.В. Любомирский, С.И. Федоркин, А.С. Бахтин, Т.А. Бахтина, С.В. Чунихин // Строительство и техногенная безопасность. 2025. № 36 (88). С. 47 – 56. DOI: 10.29039/2413-1873-2025-36-47-56.

John E., Epping J.D., Stephan D. The influence of the chemical and physical properties of C-S-H seeds on their potential to accelerate cement hydration // Construction and Building Materials. 2019. vol. 228, 116723. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.116723.

A review of the engineering properties of metakaolin based concrete: towards combatting chloride attack in coastal/marine structures / D.L. Pillay, O.B. Olalusi, P.O. Awoyera, C. Rondon, A.M. Echeverria, J.T. Kolawole // Advances in Civil Engineering. 2020. vol. 2020. Article ID 8880974. DOI: https://doi.org/10.1155/2020/8880974.

Skibsted J., Snellings R. Reactivity of supplementary cementitious materials (SCMs) in cement blends // Cement and Concrete Research. 2019. vol. 124, 105799. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.105799.

Potapova E., Smolskaya E. The effect of metakaolin on the processes of hydration and hardening of cement // Materials Today: Proceedings. 2019. vol. 19(5). DOI: 10.1016/j.matpr.2019.07.373.

The impact of metakaolin on the hydration of tricalcium silicate: effect of C-A-S-H precipitation / T. Sowoidnich, H. Cölfen, C. Rößler, D. Damidot, H-M. Ludwig // Frontiers in Materials. 2023. vol. 10, 1159772. DOI: 10.3389/fmats.2023.1159772.

Increasing the metakaolin content of blended cements by cationic latex adsorption: Towards more sustainable concrete / P.-L. Vallieres, C. Graveline, K. Daoust, J.-B. d’Espinose de Lacailleria, A. Tagnit-Hamou, J.P. Claveria // Cement and Concrete Research. 2026. vol. 204, 108190. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2026.108190.

Chen J., Jia J. Influence of nano-C–S–H seeds on the performance of cement-based materials // Journal of Materials Science. 2025. vol. 60. PP. 6403 – 6432. DOI: https://doi.org/10.1007/s10853-025-10743-7.

A new approach for exploring the microstructure of low-clinker cements: The role of water mass balance / A. Anagreh, M. Zajac, M. Ben Haha, A. Muller, F. Georget, T. Matschei // Cement and Concrete Research. 2026. vol. 204, 108209. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2026.108209.

Mota B., Matschei T., Scrivener K. Impact of NaOH and Na2SO4 on the kinetics and microstructural development of white cement hydration // Cement and Concrete Research. 2018. vol. 108. PP. 172 – 185. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.03.017.

Effect of calcium silicate hydrate seeds on hydration and mechanical properties of cement / Y. Wang, L. Lü, Y. He, F. Wang, S. Hu // Journal of Wuhan University of Technology Materials Science Edition. 2021. vol. 36. PP. 103 – 110. DOI: https://doi.org/10.1007/s11595-021-2382-1.

The acceleration mechanism of nano-C-S-H particles on OPC hydration / F. Wang, X. Kong, L. Jiang, D. Wang // Construction and Building Materials. 2020. vol. 249, 118734. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118734.

Basic mechanisms of afwillite seeding for acceleration of tricalcium silicate hydration / F. Bellmann, T. Sowoidnich, M. Horgnies, E. Gartner // Cement and Concrete Research. 2020. vol. 132, 106030. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2020.106030.

Impacts of nano C-S-H-PCE on durability-related properties of Portland cement composites with high-volume GGBFS / J.F. Wang, D.T. Pei, L.L. Lu, F. Zhang, Q. Luo, Y. Liu. F. Xing // Construction and Building Materials. 2024. vol. 449, No. 25, 138547. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2024.138547.

Li X., Bizzozero J., Hesse C. Impact of C-S-H seeding on hydration and strength of slag blended cement // Cement and Concrete Research. 2022. vol. 161, 106935. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2022.106935.

Effects of C-S-H seed prepared by wet grinding on the properties of cement containing large amounts of silica fume / S. Wang, P. Zhao, Y. Tian, J. Liu // Polymers. 2024. vol. 16, 2769. DOI: https://doi.org/10.3390/polym16192769.

Effect of C–S–H seeds on the hydration reaction of Portland cement matrices blended with a high-carbon content rice husk ash / G.D. Cocco, A.P. Vieira, E.M.R. Fairbairn, O.M. Reales // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2024. vol. 149. PP. 14663 – 14675. DOI: https://doi.org/10.1007/s10973-024-13855-5.

Insights into the hydration kinetics, microstructure and early strength of Portland cement containing synthetic C-S-H/PCE nanocomposites / P. Zhan, J. Wang, W. Yu, Z. Deng, A. She, J. Zuo, W. Li, J. Xu // Cement and Concrete Composites. 2025. vol. 157, 105886. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2024.105886.

C-S-H seeds accelerate early age hydration of carbonate-activated slag and the underlying mechanism / B. Yuan, H. Wang, D. Jin, W. Chen // Materials. 2023. vol. 16, 1394. DOI: https://doi.org/ 10.3390/ma16041394.

Qadri F., Kumar S.R., Garg N. Impact of C-S-H seeds on cementitious hydration kinetics: New insights on porosity and microstructure // Materials Today Communications. 2024. vol. 38, 107763. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2023.107763.

Fibrillar calcium silicate hydrate seeds from hydrated tricalcium silicate lower cement demand / J. Li, W. Zhang, K. Xu, P.J.M. Monteiro // Cement and Concrete Research. 2020. vol. 137, 106195. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2020.106195.

C-S-H seeding activation of Portland and Belite cements: An enlightening in situ synchrotron powder diffraction study / A. Morales-Cantero, A. Cuesta, A.G. De la Torre, I. Santacruz, O. Mazanec, P. Borralleras, K.S. Weldert, D. Gastaldi, F. Conanico, M.A.G. Aranda // Cement and Concrete Research. 2022. vol. 161, 106946. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2022.106946.

Schönlein M., Plank J. A TEM study on the very early crystallization of C-S-H in the presence of polycarboxylate superplasticizers: Transformation from initial C-S-H globules to nanofoils // Cement and Concrete Research. 2018. vol. 106. PP. 33 – 39. DOI: 10.1016/j.cemconres.2018.01.017.

The preparation of C-S-H powder seeds and their effect on the early hydration performance of cement paste / C. Huang, Y. Wang, Z. Wei, Y. Yu // Crystals. 2025. vol. 15, 73. DOI: 10.3390/ cryst15010073.

Wang M., Yao H. A novel organic–inorganic hybrid admixture for increasing flowability and reducing viscosity of Ultra-High Performance Paste // Materials. 2020. vol. 13, 3385. DOI: 10.3390/ma13153385.

Properties evolution of cement-metakaolin system with C-S-H/PCE nanocomposites / J. Sun, H. Dong, J. Wu, J. Jiang, W. Li, X. Shen, G. Hou // Construction and Building Materials. 2021. vol. 282, 3, 122707. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.122707.

Hydration of Portland cement accelerated by C-S-H seeds at different temperatures / H.C. Pedrosa, O.M. Reales, V.D. Reis, M. das Dores Paiva, E.M.R. Fairbairn // Cement and Concrete Research. 2020. vol. 129, 105978. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2020.105978.

Changling H., Osbaeck B., Makovicky E. Pozzolanic reaction of six principal clay minerals: activation reactivity assessments and technological effects // Cement and Concrete Research. 1995. vol. 25(8). PP. 1691 – 702.

Zhang M.H., Malhotra V.M. Characteristics of a thermally activated aluminasilicate pozzolanic material and its use in concrete // Cement and Concrete Research. 1995. vol. 25(8). PP. 1713 – 25.