Technique and technology of silicates Technique and technology of silicates Техника и технология силикатов 2076-0655 110545 10.62980/2076-0655-2025-358-368 tbxcnx ОСНОВНАЯ РУБРИКА MAIN RUBRIC ОСНОВНАЯ РУБРИКА NANOSTRUCTURED COMPOSITE MATERIALS: FORMATION OF EARLY STRUCTURE AND STRENGTH НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ: ФОРМИРОВАНИЕ РАННЕЙ СТРУКТУРЫ И ПРОЧНОСТИ Козлова Ирина Васильевна Kozlova Irina Vasilyevna KozlovaIV@mgsu.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Самченко Светлана Васильевна Samchenko Svetlana Vasilyevna samchenko@list.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Московский государственный строительный университет Moscow State University of Civil Engineering 29 12 2025 29 12 2025 32 4 358 368 19 12 2025 https://tsilicates.ru/en/nauka/article/110545/view

Современный этап развития строительной индустрии применяет большое количество тонкомолотых добавок и нанотехнологий. Нанотехнологии позволяют посредством управления как внешней, так и внутренней структурой материалов в производстве создавать широкий спектр строительных материалов. Модифицированныe ультрадисперсные минеральные добавки позволяют направленно воздействовать на процессы структурообразования и твердения цементных растворов, управляя при этом формированием ранней структурой и прочностью. Формирование ранней структуры и прочности изучалось установлением кинетики начального структурообразования по показателям изменения пластической прочности (Рпл) и кинетики зарождения кристаллогидратов в твердеющей цементной пасте с помощью модели Аврами-Ерофеева. В данной работе оценивалось влияние ультрадисперсной комплексной добавки (КД), состоящей из молотого известняка и суперпластификатора на поликарбоксилатной основе. Показано, что комплексная добавка приводит к активации начального структурообразования. Ультрадисперсные частицы комплексной добавки выступают в качестве сформировавшихся центров кристаллизации фаз, что увеличивает скорость формирования структуры цементного камня и увеличивает пластическую прочность твердеющей системы. Активация начального структурообразования при затворении цемента стабилизированными известняковыми суспензиями приводит к повышению начальной прочности цементно-песчаного раствора на 8-20% в зависимости от концентрации известняка в составе суспензии.

The current stage of development in the construction industry utilizes a large number of finely ground additives and nanotechnology. Nanotechnology allows for the creation of a wide range of building materials by manipulating both the external and internal structure of materials during production. Modified ultra-dispersed mineral additives allow for targeted influence on the processes of structure formation and hardening of cement mortars, thereby controlling the formation of early structure and strength. The formation of early structure and strength was studied by establishing the kinetics of initial structure formation based on the indicators of change in plastic strength (Ppl). The kinetics of nucleation of crystal hydrates in hardening cement paste was estimated using the Avrami-Erofeev model. In this work, the effect of an ultrafine complex additive (CA) consisting of ground limestone and a polycarboxylate-based superplasticizer was assessed. It has been shown that the complex additive leads to activation of the initial structure formation. Ultra-dispersed particles of the complex additive act as formed crystallization centers of phases. They increase the rate of formation of the cement stone structure and increase the plastic strength of the hardening system. Activation of the initial structure formation during cement mixing with stabilized limestone suspensions leads to an increase in the initial strength of the cement-sand mortar by 8-20%. This increase depends on the concentration of limestone in the suspension.

 ультрадисперсный известняк известняковые суспензии раннее структурообразование пластическая прочность кинетика твердения ранняя прочность ultrafine limestone limestone suspensions early structure formation plastic strength hardening kinetics early strength. Работа выполнена в НИУ МГСУ в рамках реализации Программы развития университета «ПРИОРИТЕТ 2030». Проект 3.1 «Научный прорыв в строительной отрасли – новые технологии, новые материалы, новые методы». The work was carried out at NIU MSCU within the framework of the University Development Program “PRIORITY 2030”. Project 3.1 “Scientific breakthrough in the construction industry - new technologies, new materials, new methods”

Козлова, И. В. Опыт применения наноразмерных частиц в производстве строительных материалов / И. В. Козлова // Техника и технология силикатов. – 2021. – Т. 28, № 3. – С. 81-87. – EDN AKJEAC. Kozlova I.V. Experience of applying of nanosized parti-cles in production of building materials // Technique and technology of silicates. 2021. Vol. 28. No3. Pp 81 – 87 – EDN AKJEAC. (rus) M. Antoni, J. Rossen, F. Martirena, K. Scrivener Cement substitution by a combination of metakaolin and limestone// Cement and Concrete Research. 2012. № (42) 6. Р. 1579 – 1589. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2012.09.006 M. Antoni, J. Rossen, F. Martirena, K. Scrivener Cement substitution by a combination of metakaolin and limestone// Cement and Concrete Research. 2012. № (42) 6. R. 1579 – 1589. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2012.09.006 Lothenbach B., Scrivener K., Hooton R.D. Supplementary cementitious materials // Cement and Concrete Research. 2011. 41. Р. 217 – 229. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2010.12.001 Lothenbach B., Scrivener K., Hooton R.D. Supplementary cementitious materials // Cement and Concrete Research. 2011. 41. R. 217 – 229. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2010.12.001 Самченко, С. В. Формирование и генезис структуры цементного камня / С. В. Самченко. – 2-е издание. – Москва: Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, 2020. – 288 с. – ISBN 978-5-7264-2808-6. – EDN KCBIBU. — Текст: электронный // Электронно-библиотечная система IPR BOOKS: [сайт]. — URL: http://www.iprbookshop.ru/49874.html Samchenko, S. V. Formirovanie i genezis struktury cementnogo kamnya / S. V. Samchenko. – 2-e izdanie. – Moskva: Nacional'nyy issledovatel'skiy Moskovskiy gosudarstvennyy stroitel'nyy universitet, 2020. – 288 s. – ISBN 978-5-7264-2808-6. – EDN KCBIBU. — Tekst: elektronnyy // Elektronno-bibliotechnaya sistema IPR BOOKS: [sayt]. — URL: http://www.iprbookshop.ru/49874.html Гусев, Б. В. Технология портландцемента и его разновидностей: Учебное пособие / Б. В. Гусев, Ю. Р. Кривобородов, С. В. Самченко. – Москва: Московский государственный строительный университет, Ай Пи Эр Медиа, 2016. – 113 с. – ISBN 978-5-7264-1230-6. – EDN XMAYRX. Gusev, B. V. Tehnologiya portlandcementa i ego raznovidnostey: Uchebnoe posobie / B. V. Gusev, Yu. R. Krivoborodov, S. V. Samchenko. – Moskva: Moskovskiy gosudarstvennyy stroitel'nyy universitet, Ay Pi Er Media, 2016. – 113 s. – ISBN 978-5-7264-1230-6. – EDN XMAYRX. Mateusz Radlinski, Jan Olek. Investigation into the synergistic effects in ternary cementitious systems containing Portland cement, fly ash and silica fume// Cement & Concrete Composites. 2012. Vol. 34. р. 451 – 459 https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2011.11.014 Mateusz Radlinski, Jan Olek. Investigation into the synergistic effects in ternary cementitious systems containing Portland cement, fly ash and silica fume// Cement & Concrete Composites. 2012. Vol. 34. r. 451 – 459 https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2011.11.014 Самченко, С. В. Влияние дисперсности шлакового компонента на свойства шлакопортландцемента / С. В. Самченко, О. В. Земскова, И. В. Козлова // Техника и технология силикатов. – 2016. – Т. 23, № 2. – С. 19-23. – EDN WAOLWF. Samchenko, S. V. Vliyanie dispersnosti shlakovogo komponenta na svoystva shlakoportlandcementa / S. V. Samchenko, O. V. Zemskova, I. V. Kozlova // Tehnika i tehnologiya silikatov. – 2016. – T. 23, № 2. – S. 19-23. – EDN WAOLWF. Рахимов Р.З., Рахимова Н.Р. Строительство и минеральные вяжущие прошлого, настоящего и будущего // Строительные материалы. 2013. № 5. C. 57 – 59. Rahimov R.Z., Rahimova N.R. Stroitel'stvo i mineral'nye vyazhuschie proshlogo, nastoyaschego i buduschego // Stroitel'nye materialy. 2013. № 5. C. 57 – 59. Калашников В.И., Тараканов О.В. О применении комплексных добавок в бетонах нового поколения // Строительные материалы. 2017. № 1-2. С. 62 – 67. https://doi.org/10.31659/0585-430x-2017-745-1-2-62-67 Kalashnikov V.I., Tarakanov O.V. O primenenii kompleksnyh dobavok v betonah novogo pokoleniya // Stroitel'nye materialy. 2017. № 1-2. S. 62 – 67. https://doi.org/10.31659/0585-430x-2017-745-1-2-62-67 Тараканов О.В., Фишер Х.Б. Принципы получения высокопрочных бетонов с использованием местных сырьевых ресурсов // Эксперт: теория и практика. – 2024. – № 3(26). – С. 112-117. – https://doi.org/10.51608/26867818_2024_3_112 . – EDN ATYJDC. Tarakanov O.V., Fisher H.B. Principy polucheniya vysokoprochnyh betonov s ispol'zovaniem mestnyh syr'evyh resursov // Ekspert: teoriya i praktika. – 2024. – № 3(26). – S. 112-117. – https://doi.org/10.51608/26867818_2024_3_112 . – EDN ATYJDC. Козлова, И. В. Варианты введения тонкодисперсной добавки на основе перлита в цементные композиции / И. В. Козлова, О. В. Земскова, Н. А. Леканов // Строительные материалы. – 2022. – № 11. – С. 42-49. – https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-808-11-42-49 . – EDN MXZUOE. Kozlova, I. V. Varianty vvedeniya tonkodispersnoy dobavki na osnove perlita v cementnye kompozicii / I. V. Kozlova, O. V. Zemskova, N. A. Lekanov // Stroitel'nye materialy. – 2022. – № 11. – S. 42-49. – https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-808-11-42-49 . – EDN MXZUOE. Cassagnabère F., Escadeillas G., Mouret M. Study of the reactivity of cement/me-takaolin binders at early age for specific use in steam cured precast concrete // Construction and Building Materials. 2009. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2008.02.022 . Cassagnabère F., Escadeillas G., Mouret M. Study of the reactivity of cement/me-takaolin binders at early age for specific use in steam cured precast concrete // Construction and Building Materials. 2009. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2008.02.022 . Свойства геополимерного цемента на основе термоактивированных глин / Е. А. Смольская, Е. Н. Потапова, С. П. Сивков, И. В. Корчунов // Цемент и его применение. – 2024. – № 1. – С. 50-54. – EDN TVCCDX. Svoystva geopolimernogo cementa na osnove termoaktivirovannyh glin / E. A. Smol'skaya, E. N. Potapova, S. P. Sivkov, I. V. Korchunov // Cement i ego primenenie. – 2024. – № 1. – S. 50-54. – EDN TVCCDX. Колмогоров, А. Ю. Влияние содержания метакаолина в составе карбонатсодержащих цементов на морозостойкость цементного камня / А. Ю. Колмогоров, И. В. Корчунов, Е. Н. Потапова // Успехи в химии и химической технологии. – 2023. – Т. 37, № 5(267). – С. 142-144. – EDN EYWRGH. Kolmogorov, A. Yu. Vliyanie soderzhaniya metakaolina v sostave karbonatsoderzhaschih cementov na morozostoykost' cementnogo kamnya / A. Yu. Kolmogorov, I. V. Korchunov, E. N. Potapova // Uspehi v himii i himicheskoy tehnologii. – 2023. – T. 37, № 5(267). – S. 142-144. – EDN EYWRGH. Тараканов О.В., Иващенко Ю.Г., Ерофеева И.В. Влияние карбонатных минеральных добавок на формирование микроструктуры и прочность минеральных вяжущих веществ // Региональная архитектура и строительство. – 2024. – № 1(58). – С. 47-58. – https://doi.org/10.54734/20722958_2024_1_47 . – EDN DQBVJX. Tarakanov O.V., Ivaschenko Yu.G., Erofeeva I.V. Vliyanie karbonatnyh mineral'nyh dobavok na formirovanie mikrostruktury i prochnost' mineral'nyh vyazhuschih veschestv // Regional'naya arhitektura i stroitel'stvo. – 2024. – № 1(58). – S. 47-58. – https://doi.org/10.54734/20722958_2024_1_47 . – EDN DQBVJX. Samchenko, S, Larsen, O, Gurkin, A. The effect of dispersion of limestone on the properties of cement mortar // (2019) International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (ICMTMTE). Materials Today: Proceedings 19 (5) (2019) 2068–2071. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.07.076. WOS:000507473500058 . Samchenko, S, Larsen, O, Gurkin, A. The effect of dispersion of limestone on the properties of cement mortar // (2019) International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (ICMTMTE). Materials Today: Proceedings 19 (5) (2019) 2068–2071. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.07.076. WOS:000507473500058 . Самченко, С. В. Свойства цементных композитов на основе известняка в зависимости от его гранулометрического состава / С. В. Самченко, О. В. Александрова, А. Ю. Гуркин // Вестник МГСУ. – 2020. – Т. 15, № 7. – С. 999-1006. – https://doi.org/10.22227/1997-0935.2020.7.999-1006 . – EDN TNMMPP. Samchenko, S. V. Svoystva cementnyh kompozitov na osnove izvestnyaka v zavisimosti ot ego granulometricheskogo sostava / S. V. Samchenko, O. V. Aleksandrova, A. Yu. Gurkin // Vestnik MGSU. – 2020. – T. 15, № 7. – S. 999-1006. – https://doi.org/10.22227/1997-0935.2020.7.999-1006 . – EDN TNMMPP. Больте Г., Заяц М. Требования к известняку для цементов с высоким содержанием известняка // Цемент Известь Гипс. 2016. №1. С. 42 – 49 Bol'te G., Zayac M. Trebovaniya k izvestnyaku dlya cementov s vysokim soderzhaniem izvestnyaka // Cement Izvest' Gips. 2016. №1. S. 42 – 49 Козлова В.К., Маноха А.М., Лихошерстов А.А., Мануйлов Е.В., Малова Е.Ю. Особенности состава продуктов гидратации композиционных портландцементов с карбонатсодержащими добавками // Цемент и его применение. 2014. № 4. С. 103 – 105. Kozlova V.K., Manoha A.M., Lihosherstov A.A., Manuylov E.V., Malova E.Yu. Osobennosti sostava produktov gidratacii kompozicionnyh portlandcementov s karbonatsoderzhaschimi dobavkami // Cement i ego primenenie. 2014. № 4. S. 103 – 105. Тейлор Х. Химия цемента. М.: Мир, 1996. 560 с. Teylor H. Himiya cementa. M.: Mir, 1996. 560 s. Kurdowski W. Cement and concrete chemistry. Springer Dordrecht, 2014. 700 р. Kurdowski W. Cement and concrete chemistry. Springer Dordrecht, 2014. 700 r. Самченко, С. В. Влияние дисперсности расширяющегося компонента на свойства цементов / С. В. Самченко, Д. А. Зорин // Техника и технология силикатов. – 2006. – Т. 13, № 2. – С. 2-7. – EDN KWMZHD. Samchenko, S. V. Vliyanie dispersnosti rasshiryayuschegosya komponenta na svoystva cementov / S. V. Samchenko, D. A. Zorin // Tehnika i tehnologiya silikatov. – 2006. – T. 13, № 2. – S. 2-7. – EDN KWMZHD. Самченко, С. В. Управление свойствами цементной пасты при ее модифицировании предварительно гидратированной цементной суспензией / С. В. Самченко, Е. С. Егоров // Техника и технология силикатов. – 2021. – Т. 28, № 2. – С. 54-58. – EDN IPOIXD Samchenko, S. V. Upravlenie svoystvami cementnoy pasty pri ee modificirovanii predvaritel'no gidratirovannoy cementnoy suspenziey / S. V. Samchenko, E. S. Egorov // Tehnika i tehnologiya silikatov. – 2021. – T. 28, № 2. – S. 54-58. – EDN IPOIXD Increasing the Hydration Activity of Tricalcium Silicate by Adding Microdispersed Ettringite as a Nucleating Agent / Yu. R. Krivoborodov, S. V. Samchenko, A. V. Korshunov [et al.] // Materials. – 2023. – Vol. 16, No. 22. – P. 7078. – https://doi.org/10.3390/ma16227078 . – EDN TQJBDC. Increasing the Hydration Activity of Tricalcium Silicate by Adding Microdispersed Ettringite as a Nucleating Agent / Yu. R. Krivoborodov, S. V. Samchenko, A. V. Korshunov [et al.] // Materials. – 2023. – Vol. 16, No. 22. – P. 7078. – https://doi.org/10.3390/ma16227078 . – EDN TQJBDC. Самченко, С. В. Модифицирование макро и микроструктуры композиционных материалов гидросиликатами кальция / С. В. Самченко, Е. М. Макаров // Техника и технология силикатов. – 2013. – Т. 20, № 4. – С. 20-24. – EDN RRVYLJ. Samchenko, S. V. Modificirovanie makro i mikrostruktury kompozicionnyh materialov gidrosilikatami kal'ciya / S. V. Samchenko, E. M. Makarov // Tehnika i tehnologiya silikatov. – 2013. – T. 20, № 4. – S. 20-24. – EDN RRVYLJ. Samchenko, S. V. The efficiency of application of physical and chemical methods on the homogeneous dispersion of carbon nanotubes in water suspension / S. V. Samchenko, O. V. Zemskova, I. V. Kozlova // Cement, Wapno, Beton. – 2015. – No. 5. – P. 322-327. – EDN VLSKRH. Samchenko, S. V. The efficiency of application of physical and chemical methods on the homogeneous dispersion of carbon nanotubes in water suspension / S. V. Samchenko, O. V. Zemskova, I. V. Kozlova // Cement, Wapno, Beton. – 2015. – No. 5. – P. 322-327. – EDN VLSKRH. Влияние способов активации на структурно-технологические характеристики наномодифицированных цементных композиций / Н. О. Копаница, О. В. Демьяненко, А. А. Куликова [и др.] // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. – 2022. – Т. 14, № 6. – С. 481-492. – https://doi.org/10.15828/2075-8545-2022-14-6-481-492 . – EDN PFYSQZ. Vliyanie sposobov aktivacii na strukturno-tehnologicheskie harakteristiki nanomodificirovannyh cementnyh kompoziciy / N. O. Kopanica, O. V. Dem'yanenko, A. A. Kulikova [i dr.] // Nanotehnologii v stroitel'stve: nauchnyy internet-zhurnal. – 2022. – T. 14, № 6. – S. 481-492. – https://doi.org/10.15828/2075-8545-2022-14-6-481-492 . – EDN PFYSQZ. Cumbrera, F.L.; Sanchez-Bajo, F. The use of the JMAYK kinetic equation for the analysis of solid-state reactions: Critical considerations and recent interpretations. Thermochim. Acta. 1995, 266, 315. Cumbrera, F.L.; Sanchez-Bajo, F. The use of the JMAYK kinetic equation for the analysis of solid-state reactions: Critical considerations and recent interpretations. Thermochim. Acta. 1995, 266, 315. Исследование устойчивости цеолитовых суспензий для цементных систем / С. В. Самченко, И. В. Козлова, М. В. Синотова [и др.] // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. – 2025. – Т. 17, № 3. – С. 224-234. – https://doi.org/10.15828/2075-8545-2025-17-3-224-234 . – EDN ZQIZZV. Issledovanie ustoychivosti ceolitovyh suspenziy dlya cementnyh sistem / S. V. Samchenko, I. V. Kozlova, M. V. Sinotova [i dr.] // Nanotehnologii v stroitel'stve: nauchnyy internet-zhurnal. – 2025. – T. 17, № 3. – S. 224-234. – https://doi.org/10.15828/2075-8545-2025-17-3-224-234 . – EDN ZQIZZV. Коллоидно-химические аспекты стабилизации суспензий тонкодисперсных частиц титаната висмута для цементных систем / С. В. Самченко, И. В. Козлова, О. В. Земскова, М. О. Дударева // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. – 2023. – Т. 15, № 5. – С. 397-407. – https://doi.org/10.15828/2075-8545-2023-15-5-397-407 . – EDN NZIENW. Kolloidno-himicheskie aspekty stabilizacii suspenziy tonkodispersnyh chastic titanata vismuta dlya cementnyh sistem / S. V. Samchenko, I. V. Kozlova, O. V. Zemskova, M. O. Dudareva // Nanotehnologii v stroitel'stve: nauchnyy internet-zhurnal. – 2023. – T. 15, № 5. – S. 397-407. – https://doi.org/10.15828/2075-8545-2023-15-5-397-407 . – EDN NZIENW.