Кинетика тепловыделения механоактивированной цементно-песчаной композиции

Введение. Механическая активация сухих компонентов цементных композитов используется для повышения начальной прочности, улучшения реологических характеристик смеси, сокращения сроков схватывания за счет повышения реакционной способности вяжущего. Кинетика тепловыделения компонентов цементных композитов, модифицированных методами механической активации, на данный момент мало изучена, и исследование ее изменения является актуальной задачей. Для описания кинетики тепловыделения используются известные уравнения, связывающие степень гидратации и относительное тепловыделение. Целью данной работы является исследование процесса тепловыделения механоактивированной цементно-песчаной композиции с определением параметров уравнений, описывающих кинетику тепловыделения.

Материалы и методы. Исследуемая механоактивированная композиция состоит из цемента и песка с отношением по массе 1:2,14, удельная поверхность — 3690,8 см2/г. С помощью изотермического калориметра проведен калориметрический анализ механоактивированной цементно-песчаной композиции, а также неактивированного цемента, получены данные тепловых потоков.

Результаты исследования. Определено, что цемент в составе механоактивированной композиции по показателям тепловыделения относится к умереннотермичным со значениями тепловыделения в возрасте 3 и 7 суток 247 Дж/г и 281 Дж/г соответственно. При предварительной механической активации цементно-песчаной композиции сокращаются время индукционного периода и время достижения 50 % от максимального значения тепловыделения цемента в 1,34 и 1,76–1,79 раз соответственно.

Обсуждение и заключение. В ходе проведенных исследований описана кинетика тепловыделения механоактивированной цементно-песчаной композиции. Установлено уменьшение индукционного периода процесса гидратации при механической активации цемента, что подтверждает эффективность механоактивации исходных сухих компонентов бетонов. Полученные результаты могут иметь практическое применение на заводах по производству сухих строительных смесей и бетонов при внедрении технологии механической активации компонентов бетонных композитов.

1. Кирсанов Д.А. Влияние минералогического состава клинкера и комплексных органо-минеральных добавок на долговечность бетона. Технологии бетонов. 2025;1(198):63–68. URL: https://stroymat.ru/2025/03/03/tb-1-2025/ (дата обращения 16.07.2025).

2. Очкина Н.А. Тепловыделение высокоглиноземистого цемента в процессе гидратации. Региональная архитектура и строительство. 2022;3(52):96–100. https://doi.org/10.54734/20722958_2022_3_96

3. Эльмурзаев М.Б., Межидов В.Х., Муртазаев С.А.Ю. Механизм формирования на цементном зерне защитного слоя, определяющего продолжительность индукционного периода. Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2015;1:16–21.

4. Лотов В.А., Саркисов Ю.С., Горленко Н.П., Зубкова О.А. Термокинетические исследования в системе «цемент–микрокремнезем-суперпластификатор–вода». Техника и технология силикатов. 2021;28(2):42–49.

5. Котов С.В., Сивков С.П. Высокоэффективные интенсификаторы помола для измельчения портландцемента с минеральными добавками. Техника и технология силикатов. 2013;20(4):16–20. URL: https://tsilicates.ru/ru/nauka/article/80564/view (дата обращения 16.07.2025).

6. Nesvetaev GV, Koryanova YuI, Yazyev BM. Autogenous Shrinkage and Early Cracking of Massive Foundation Slabs. Magazine of Civil Engineering. 2024;17(6):13005. https://doi.org/10.34910/MCE.130.5

7. Несветаев Г.В., Корянова Ю.И., Шуть В.В. Учет влияния добавок на тепловыделение бетона с целью предотвращения раннего трещинообразования массивных монолитных конструкций. Вестник евразийской науки. 2024;16(6):50SAVN624. URL: https://esj.today/PDF/50SAVN624.pdf (дата обращения 16.07.2025).

8. Стародубцев А.А. Анализ тепловыделения бетонных конструкций в стадии набора прочности. Тенденции развития науки и образования. 2022;84(2):164–167. URL: https://doicode.ru/doifile/lj/84/trnio-04-2022-91.pdf (Дата обращения 31.07.2025).

9. Семенов К.В., Титов Н.С. Учет тепловыделения бетона в расчетах термической трещиностойкости массивных железобетонных конструкций. Инженерные исследования. 2024;1(16):3–12. URL: https://eng-res.ru/archive/2024/1/3-12.pdf (дата обращения 16.07.2025).

10. Knudsen T. On Particle Size Distribution in Cement Hydration. In: Proceedings, 7th International Congress on the Chemistry of Cement. Paris: Editions Septima; 1980. Pp. 170–175. 11. Sun Y, Wang ZH, Park DJ, Chen YK, Kim HS, Kim WS et al. Mathematical determination of the maximum heat release for fly ash cement paste: Effect of heat flow monitoring time, calculation approach and fly ash content. Thermochimica Acta. 2023;726:179553, https://doi.org/10.1016/j.tca.2023.179553

11. Kang Li, Zhengxian Yang, Shilin Dong, Pingping Ning, Dejun Ye, Yong Zhang. Hydration heat and kinetics of ternary cement containing ultrafine steel slag and blast-furnace slag at elevated temperatures. Construction and Building Materials. 2025;471:140712. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2025.140712

12. Лотов В.А. Сударев Е.А., Кутугин В.А. Предварительная активация цементно-песчаной смеси с целью повышения прочности бетона. Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2022;65(8):94–101. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20226508.6595

13. Пузатова А.В., Дмитриева М.А., Лейцин В.Н. Оценка эффективности механической активации исходных компонентов композиционного материала на основе цемента. Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. 2024;4(61):3–17. https://doi.org/10.24866/2227-6858/2024-4/3-17

14. Nesvetaev GV, Koryanova YuI, Shut VV Specific heat dissipation of concrete and the risk of early cracking of massive reinforced concrete foundation slabs. Construction Materials and Products. 2024;7(4):3. https://doi.org/10.58224/2618-7183-2024-7-4-3

15. Ковшар С.Н., Гущин С.В., Эралиев Б.А. Оценка термонапряженного состояния бетонного массива. Наука и техника. 2021;20(3):207–215. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2021-20-3-207-215