Technique and technology of silicates Technique and technology of silicates Техника и технология силикатов 2076-0655 123629 ОСНОВНАЯ РУБРИКА MAIN RUBRIC ОСНОВНАЯ РУБРИКА HIGH-STRENGTH GYPSUM-ASH COMPOSITIONS ВЫСОКОПРОЧНЫЕ ГИПСОЗОЛЬНЫЕ КОМПОЗИЦИИ Петропавловский Кирилл Сергеевич Petropavlovskii Kirill Sergeevich

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Каляскин Петр Александрович Kalyaskin Peter Aleksandrovich Петропавловская Виктория Борисовна Petropavlovskaya Victoria Borisovna

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Новиченкова Татьяна Борисовна Novichenkova Tatiana Borisovna

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Коровицын Дмитрий Александрович Korovitsyn Dmitry Alexandrovich ФГБОУ ВО "Тверской государственный технический университет" Тверь Россия Tver State Technical University Tver Russian Federation ФГБОУ ВО "Тверской государственный технический университет" Тверь Россия Tver State Technical University Tver Russian Federation ФГБОУ ВО "Тверской государственный технический университет" Тверь Россия Tver State Technical University Tver Russian Federation ФГБОУ ВО "Тверской государственный технический университет" Тверь Россия Tver State Technical University Tver Russian Federation ФГБОУ ВО "Тверской государственный технический университет" Тверь Россия Tver State Technical University Tver Russian Federation 142 157 17 05 2026 https://tsilicates.ru/en/nauka/article/123629/view

Исследование посвящено изучению структуры и свойств гипсозольных композиций, которые представляют собой экологически чистые строительные материалы. Для их изготовления используются смеси, включающие помимо гипсового вяжущего модификатор на основе золы сухого удаления с высоким содержанием оксида кальция (свободной извести). Именно эта особенность их химического состава препятствует широкому применению таких зол в строительной индустрии. Свободный оксид кальция в достаточно большом объеме (свыше 5 %) является причиной протекания деструктивных процессов в затвердевшем гипсовом камне. Поэтому основной целью данного исследования являлось изучение влияния свободного оксида кальция в составе высококальциевых зол на процесс синтеза гипсовой высокопрочной композиции, поскольку это позволит эффективно утилизировать многотоннажный технологический отход. В статье представлены результаты экспериментального исследования, включающего анализ свойств высокопрочных композиций, полученных варьированием золы в составе композиций на основе гипсового вяжущего α-модификации. Результаты исследования показали, что применение золы с высоким содержанием «свободной извести» в качестве активного компонента в составе композиции, позволяет достичь прочности более 95 МПа. что почти в 3 раза превышает прочность чистого гипсового камня. Введение высокодисперсного зольного компонента обуславливает повышение свойств композиции за счет синергии механического и физико-химического воздействия на ее структуру и свойства модифицированного камня. Общую оценку структурных и физико-механических свойств возможно сформировать по результатам исследований основных характеристик модифицированного камня в сопоставлении с данными химического и микроструктурного анализа. Кроме того, исследование порового пространства камня подтвердило высокую эффективность введения золы сухого удаления в составе модифицированной высокопрочной гипсовой композиции.

This study examines the structure and properties of gypsum ash composites, which are environmentally friendly building materials. They are manufactured using mixtures containing, in addition to gypsum binder, a modifier based on dry-stripped fly ash with a high calcium oxide content (free lime). This particular chemical composition hinders the widespread use of such ash in the construction industry. Free calcium oxide, in large quantities (over 5%), is the cause of destructive processes in hardened gypsum. Therefore, the primary objective of this study was to investigate the influence of free calcium oxide in high-calcium fly ash on the synthesis of high-strength gypsum composites, as this will enable the efficient disposal of large-scale industrial waste. This article presents the results of an experimental study analyzing the properties of high-strength composites obtained by varying the ash content in composites based on an α-modified gypsum binder. The study demonstrated that the use of ash with a high content of "free lime" as an active component in the composite allows for a strength of over 95 MPa, which is almost three times greater than that of pure gypsum. The introduction of a highly dispersed ash component enhances the composite's properties due to the synergy of mechanical and physicochemical effects on its structure and the properties of the modified gypsum. A general assessment of the structural and physicomechanical properties can be formed based on the results of studies of the modified gypsum's key characteristics in comparison with chemical and microstructural analysis data. Furthermore, a study of the pore space of the gypsum confirmed the high efficiency of introducing dry-stretched ash into the modified high-strength gypsum composite.

 гипс композиция вяжущее отход зола сухого удаления кальций свободная известь gypsum composition binder waste dry removal ash calcium free lime Работа выполнена в ТвГТУ при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках соглашения № 24-49-03004. The work was carried out at TvSTU with the financial support of the Russian Science Foundation under agreement No. 24-49-03004.

Chen L., Yang M., Chen Z., Xie Z., Huang L., Osman A.I., Farghali M., Sandanayake M., Liu E., Han Y.H., Al-Muhtaseb A.H., Rooney D.W., Yap P.-S.Conversion of waste into sustainable construction materials: A review of recent developments and prospects // Materials Today Sustainability. – 2024. Vol. 27. – Art. 100930. DOI: 10.1016/j.mtsust.2024.100930. Chen L., Yang M., Chen Z., Xie Z., Huang L., Osman A.I., Farghali M., Sandanayake M., Liu E., Han Y.H., Al-Muhtaseb A.H., Rooney D.W., Yap P.-S.Conversion of waste into sustainable construction materials: A review of recent developments and prospects // Materials Today Sustainability. – 2024. Vol. 27. – Art. 100930. DOI: 10.1016/j.mtsust.2024.100930. Al Khaffaf I., Hawileh R.A., Sahoo S., Abdalla J.A., Kim J.H. Toward carbon-neutral construction: A review of zero-carbon concrete // Journal of Building Engineering. – 2025. 99(11). – Art. 111578. DOI: 10.1016/j.jobe.2024.111578 Al Khaffaf I., Hawileh R.A., Sahoo S., Abdalla J.A., Kim J.H. Toward carbon-neutral construction: A review of zero-carbon concrete // Journal of Building Engineering. – 2025. 99(11). – Art. 111578. DOI: 10.1016/j.jobe.2024.111578 Gupta R. Experimental analysis of partial replacement of glass powder and fly ash with different-different percentages of cement to improve the compressive and flexural strength of concrete // International Journal for Research in Applied Science & Engineering Technology. – 2021. Vol. 9, Iss. IX. – Pp. 1037–1047. DOI: 10.22214/ijraset.2021.38115. Gupta R. Experimental analysis of partial replacement of glass powder and fly ash with different-different percentages of cement to improve the compressive and flexural strength of concrete // International Journal for Research in Applied Science & Engineering Technology. – 2021. Vol. 9, Iss. IX. – Pp. 1037–1047. DOI: 10.22214/ijraset.2021.38115. Ватин Н.И., Петросов Д.В., Калачев А.И., Лахтинен П. Применение зол и золошлаковых отходов в строительстве // Инженерно-строительный журнал. – 2011. №4. – С. 16–21. Vatin N.I., Petrosov D.V., Kalachev A.I., and Lahtinen P. Application of ash and slag waste in construction // Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal. – 2011. No. 4. – Pp. 16–21. (in Russian). Delihowski J., Isaak P., Wójcik Ł., Gajek M., Kozień D., Jarosz M. Size fraction characterisation of highly calcareous and siliceous fly ashes // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. – 2024. 149. – Pр. 10587–10603. DOI: 10.1007/s10973-024-13566-x Delihowski J., Isaak P., Wójcik Ł., Gajek M., Kozień D., Jarosz M. Size fraction characterisation of highly calcareous and siliceous fly ashes // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. – 2024. 149. – Pp. 10587–10603. DOI: 10.1007/s10973-024-13566-x Pozo-Antonio J.S. Evolution of mechanical properties and drying shrinkage in lime-based and lime cement-based mortars with pure limestone aggregate // Construction and Building Materials. – 2015. Vol. 77. – Pр. 472–478. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2014.12.115 Pozo-Antonio J.S. Evolution of mechanical properties and drying shrinkage in lime-based and lime cement-based mortars with pure limestone aggregate // Construction and Building Material. - 2015. Vol. 77. – Pp. 472–478. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2014.12.115 Li Q., Zhou X., Teng S. Delayed ettringite formation in fly ash concrete under moist curing conditions // Proceedings of the International Conference on Durability of Concrete Structures. 2014. – Pр. 1–11. DOI:10.5703/1288284316127 Li Q., Zhou X., Teng S. Delayed ettringite formation in fly ash concrete under moist curing conditions // Proceedings of the International Conference on Durability of Concrete Structures. 2014. – Pp. 1–11. DOI:10.5703/1288284316127 Anastasiou E.K. Effect of high calcium fly ash, ladle furnace slag, and limestone filler on packing density, consistency, and strength of cement pastes // Materials. – 2021. 14(2). – Art. 301. DOI:10.3390/ma14020301 Anastasiou E.K. Effect of high calcium fly ash, ladle furnace slag, and limestone filler on packing density, consistency, and strength of cement pastes // Materials. – 2021. 14(2). – Art. 301. DOI:10.3390/ma14020301 Azan E.H., Hakim S.J. A study on the mechanical properties of concrete containing fly ash as partial cement replacement: a critical review // Recent Trends in Civil Engineering and Built Environment. – 2022. Vol. 3. No. 1. – Pр. 641–649. Azan E.H., Hakim S.J. A study on the mechanical properties of concrete containing fly ash as partial cement replacement: a critical review // Recent Trends in Civil Engineering and Built Environment. – 2022. Vol. 3. No. 1. – Pp. 641–649. Копаница Н.О., Демьяненко О.В., Куликова А.А., Самченко С.В., Козлова И.В., Лукьянова Н.А. Влияние способов активации на структурно-технологические характеристики наномодифицированных цементных композиций // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. – 2022. Т. 14. № 6. – С. 481-492. DOI: 10.15828/2075-8545-2022-14-6-481-492 Kopanitsa N.O., Demyanenko O.V., Kulikova A.A., Samchenko S.V., Kozlova I.V., Lukyanova N.A. Influence of activation methods on the structural and technological characteristics of nanomodified cement compositions // Nanotehnologii v stroitel'stve: nauchnyj internet-zhurnal. – 2022. Vol. 14. No. 6. – Pp. 481-492. DOI: 10.15828/2075-8545-2022-14-6-481-492 (in Russian). Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Строительные материалы из отходов промышленности: учебно-справочное пособие. Ростов н/Д: Феникс, – 2007. – 368 с. Dvorkin L.I., Dvorkin O.L. Construction materials from industrial waste: a textbook and reference manual. Rostov n/D: Feniks, - 2007. - 368 p. (in Russian). Logoń D., Kobaka J., Domski J. Modifying water–frost resistance and mechanical properties of lime mortar using siliceous and fluidised bed fly combusted ashes activated with cement // Materials. – 2023. No. 16(18). – 3013. DOI:10.3390/ma16083013 Logoń D., Kobaka J., Domski J. Modifying water–frost resistance and mechanical properties of lime mortar using siliceous and fluidised bed fly combusted ashes activated with cement // Materials. – 2023. No. 16(18). – 3013. DOI:10.3390/ma16083013 Islam M.M., Islam M.S. Strength behaviour of mortar using fly ash as partial replacement of cement // Concrete Research Letters. – 2010. Vol. 1(3). – Pр. 98–106. Islam M.M., Islam M.S. Strength behaviour of mortar using fly ash as partial replacement of cement // Concrete Research Letters. – 2010. Vol. 1(3). – Pp. 98–106. Gartner E.М., Young J.F., Damidot D., Jawed I. Hydration of Portland Cement. In book: Structure and Performance of Cements. Publisher: CRC Press. – 2001. – Pр. 57-113. Gartner E.M., Young J.F., Damidot D., Jawed I. Hydration of Portland Cement. In book: Structure and Performance of Cements. Publisher: CRC Press. – 2001. – Pp. 57-113. Бердіқұл Н.И. Повышение эксплуатационных свойств мелкозернистых бетонов за счёт использования эффективных химических добавок: дис. … д-ра философии (PhD): 8D07305 – Строительство и производство строительных материалов и конструкций / Казахский нац. исслед. техн. ун-т им. К.И. Сатпаева. Алматы, – 2024. – 130 с. Berdіқұl N.I. Improving the performance properties of fine-grained concrete through the use of effective chemical additives: diss. … doctor of philosophy (PhD): 8D07305 – Construction and production of building materials and structures / Kazahskij nac. issled. tehn. un-t im. K.I. Satpaeva. – Almaty, 2024. – 130 Pp. (in Russian). Тихомирова И.Н., Макаров А.В. Механоактивация известково-кварцевых вяжущих // Construction materials. – 2012. № 9. – С. 4-7. Tikhomirova I.N., Makarov A.V. Mechanoactivation of Lime-Quartz Binders // Construction materials. – 2012. No. 9. –Pp. 4-7. (in Russian). Fan W.-J., Wang X.-Y., Park K.-B. Evaluation of the chemical and mechanical properties of hardening high-calcium fly ash blended concrete // Materials. – 2015. No. 8(9). – Pр.5933-5952. DOI:10.3390/ma8095282 Fan W.-J., Wang X.-Y., Park K.-B. Evaluation of the chemical and mechanical properties of hardening high-calcium fly ash blended concrete // Materials. – 2015. No. 8(9). – Pp.5933-5952. DOI:10.3390/ma8095282 Aragaw T.A. Hydration of Portland Cement. In: Concise Introduction to Cement Chemistry and Manufacturing. Synthesis Lectures on Engineering. Springer, Cham. – 2018. DOI: 10.1007/978-3-031-79386-8_9 Aragaw T.A. Hydration of portland cement. In: Concise Introduction to Cement Chemistry and Manufacturing. Synthesis Lectures on Engineering. Springer, Cham. – 2018. DOI: 10.1007/978-3-031-79386-8_9 Копаница Н.О., Саркисов Ю.С., Демьяненко О.В. Применение нанодисперсного кремнезема в производстве строительных смесей // Вестник ТГАСУ. – 2016. №5 (58). – С. 140-150. Kopanitsa N.O., Sarkisov Yu.S., Demyanenko O.V. Application of nanosized silica in the production of building mixtures // Vestnik TGASU. – 2016. No. 5 (58). – Pp. 140-150. (in Russian). Полякова С.В. Анализ особенностей микроструктуры летучей золы и потенциал ее использования с учетом зарубежного опыта // Дороги и мосты. – 2023. № 50-2. – С. 349-372. Polyakova S.V. Analysis of the Microstructure of Fly Ash and Its Potential Use, Taking into Account Foreign Experience // Dorogi i mosty. – 2023. No. 50-2. – Pp. 349-372. (in Russian). Petropavlovskaya V., Novichenkova T., Petropavlovskii K., Buryanov A. Gypsum Composites Reinforcement // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. – 2018. No. 365. – Pp. 032060. Petropavlovskaya V., Novichenkova T., Petropavlovskii K., Buryanov A. Gypsum Composites Reinforcement // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. – 2018. No. 365. – Pp. 032060. Петропавловский К., Каляскин П., Петропавловская В., Новиченкова Т. Самоупрочняющиеся гипсовые композиции на основе золы-уноса // Техника и технологии силикатов. 2024. Т. 31. № 3. – С. 262–273. DOI: 10.62980/2076-0655-2024-262-273. Petropavlovskii K.S., Kalyaskin P.A., Petropavlovskaya V.B., Novichenkova T.B. Self-strengthened gypsum compositions based on fly ash // Technique and technology of silicates. – 2024. Vol. – 31, No-3. – Pp. 262 – 273. DOI 10.62980/2076-0655-2024-262-273 (in Russian). Бондарь И., Аль Дулайми С., Малик А., Алдекеева Д., Қыстаубаев С. Определение параметров трещиностойкости бетонов при статическом нагружении // Вестник КазАТК. –2024. 132(3). – С. 61–72. Bondar I., Al Dulaimi S., Malik A., Aldekeyeva D., Kystaubaev S. Determination of crack resistance parameters of concrete under static loading // Vestnik KazATK. –2024. No. 132(3). – Pp. 61–72. (in Russian). Каляскин П.А., Петропавловская В.Б., Баркая Т.Р., Петропавловский К.С., Новиченкова Т.Б. Влияние типа армирования гипсобетона на его свойства // Вестник Тверского государственного технического университета. Серия: Строительство. Электротехника и химические технологии. – 2023. № 1 (17). – С. 27–41. DOI: 10.46573/2658-7459-2023-1-27-41 Kalyaskin P.A., Petropavlovskaya V.B., Barkaya T.R., Petropavlovsky K.S., Novichenkova T.B. Influence of the type of reinforcement of gypsum concrete on its properties // Vestnik Tverskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. Seriya: Stroitel'stvo. Ehlektrotehnika i himicheskie tehnologii. – 2023. No. 1 (17). – Pp. 27–41. DOI: 10.46573/2658-7459-2023-1-27-41 (in Russian). Петропавловская В.В., Петропавловский К.С., Каляскин П.А., Новиченкова Т.Б., Сульман М.Г. Высокопрочный зологипсовый композит // 19-я Международная многопрофильная научная геоконференция SGEM. – 2019. Т. 4.1. – С. 36–43. DOI: 10.5593/sgem2024/4.1/s18.36. Petropavlovskaya V.V., Petropavlovskii K.S., Kalyaskin P.A., Novichenkova T.B., Sulman M.G. High-strength zologypsum composite // 19th International Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM. – 2019. Vol. 4.1. – Pp. 36–43. DOI: 10.5593/sgem2024/4.1/s18.36. (in Russian). Шкробко Е. В., Маноха А. М., Гущина Е. Н., Андрюшина Е. Е., Шибаева Г. Н. Эффективные гипсоцементнозольные композиционные вяжущие вещества // Ползуновский вестник. – 2012. №1-2. – С.153-156. Shkrobko E.V., Manokha A.M., Gushchina E.N., Andryushina E.E., Shibaeva G.N. Effective gypsum-cement-ash composite binders // Polzunovskij vestnik. – 2012. No.1-2. – Pp. 153-156. (in Russian).