Technique and technology of silicates Technique and technology of silicates Техника и технология силикатов 2076-0655 90820 10.62980/2076-0655-2024-77-87 ОСНОВНАЯ РУБРИКА MAIN RUBRIC ОСНОВНАЯ РУБРИКА COMPOSITION, STRUCTURE AND PROPERTIES OF HYDRATED WHITE PORT-LAND CEMENT WITH TITANIUM DIOXIDE СОСТАВ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ГИДРАТИРОВАННОГО БЕЛОГО ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА С ДИОКСИДОМ ТИТАНА Гребенюк Александр Александрович Grebenyuk Alexander Alexandrovich alexander.grebeniuk@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Ерошенко Татьяна Сергеевна Eroshenko Tatiana Sergeevna attianna2016@yandex.ru Борисов Иван Николаевич Borisov Ivan Nikolaevich borisov@intbel.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Вагин Сергей Алексеевич Vagin Sergey Alekseevich s.vagin@tpengin.com ФГБОУ ВО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова» (БГТУ им. В.Г. Шухова) Белгород Россия Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov Belgorod Russian Federation ФГБОУ ВО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова» (БГТУ им. В.Г. Шухова) Белгород Россия Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov Belgorod Russian Federation ФГБОУ ВО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова» (БГТУ им. В.Г. Шухова) Белгород Россия Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov Belgorod Russian Federation Общество с ограниченной ответственностью «Техпром- Инжиниринг» Белгород Россия Limited Liability Company "Techprom-Engineering" Belgorod Russian Federation 22 03 2024 22 03 2024 31 1 77 87 20 02 2024 20 03 2024 https://tsilicates.ru/en/nauka/article/90820/view

Белый портландцемент успешно применяется для возведения архитектурных сооружений и декорирования фасадов зданий, а также служит основным компонентом многих сухих строительных смесей, применяемых для внутренней отделки помещений. В данном исследовании изучено влияние высокодисперсного порошка AEROXIDE TiO2 P25 с удельной поверхностью равной 50 м2/г на состав, структуру и свойства гидратированного белого портландцемента. В работе использовались два вида белых цементов, отличающихся минералогическим составом. Показано, что скорость формирования продуктов гидратации, установленная при помощи рентгенофазового анализа, количества образованного портландита и степени гидратации, при вводе высокодисперсно-го порошка диоксида титана увеличивается и достигает 88-90 %, что на 3-5 % больше, чем у контрольных бездобавочных образцов. Установлено, что присутствие TiO2 в составе затворенных цементов оказывает влияние на микроструктуру цементно-го камня: распределение кристаллогидратов становится более равномерным, а их размер уменьшается с 10-35 мкм до 8-22 мкм. Наличие в составе цементов диоксида титана придает им эффект самоочищения, в результате чего уже после 4 часов обработки поверхности УФ-излучением она очищается от внешнего загрязнителя на 67-80 %. Оптимальным количеством ввода диоксида титана в состав белых цементов можно считать 1 %, что обеспечивает сопоставимые с бездобавочными составами прочностные характеристики.

White Portland cement is successfully used for the construction of architectural structures and decoration of building facades, and also serves as the main component of many dry building mixtures used for interior decoration. In this study, the effect of highly dispersed powder AEROXIDE TiO2 P25 with a specific surface area of 50 m2/g on the composition, structure and properties of hydrated white Portland cement was investigated. Two types of white cements differing in mineralogical composition were used in the work. It is shown that the rate of for-mation of hydration products, established by X-ray phase analysis, the amount of formed portlandite and the degree of hydration, with the introduction of highly dispersed powder of titanium dioxide increases and reaches 88-90%, which is 3-5% more than in control samples without addition. It was found that the presence of TiO2 in the composition of the set cement influences the microstructure of cement stone: the distribution of crystalline hydrates becomes more uniform, and their size decreases from 10-35 microns to 8-22 microns. The presence of titanium dioxide in the composition of cements gives them the effect of self-cleaning, as a result of which after 4 hours of surface treatment with UV radiation it is cleaned from external contaminant by 67-80%. The optimum amount of titanium dioxide in white cements can be con-sidered as 1 %, which provides comparable strength characteristics with non-supplemented compositions.

 белый цемент диоксид титана микроструктуру цементного камня эффект самоочищения white cement titanium dioxide cement stone microstructure self-cleaning effect

Зубехин А.П., Голованова С.П. Теория и технология белого портландцемента // ALITinform: Цемент. Бетон. Сухие смеси. 2009. № 2 (9). С. 56-75. Zubehin A.P., Golovanova S.P. Teoriya i tehnologiya belogo portlandcementa // ALITinform: Cement. Beton. Suhie smesi. 2009. № 2 (9). S. 56-75. Зубехин А.П., Голованова С.П. Белый портландцемент, его роль в архитектурно-строительном дизайне, производство и применение // Цемент и его применение. 2010. № 3. С. 35-37. Zubehin A.P., Golovanova S.P. Belyy portlandcement, ego rol' v arhitekturno-stroitel'nom dizayne, proizvodstvo i primenenie // Cement i ego primenenie. 2010. № 3. S. 35-37. Одинцов Д.С., Суворов А.С., Естемесов З.А., Барвинов А.В. Химико-технические свойства белого портландцемента // Вестник Казахстанско-Британского технического университета. 2022. Т. 19. №3. С. 33-44. Odincov D.S., Suvorov A.S., Estemesov Z.A., Barvinov A.V. Himiko-tehnicheskie svoystva belogo portlandcementa // Vestnik Kazahstansko-Britanskogo tehnicheskogo universiteta. 2022. T. 19. №3. S. 33-44. Зубехин А.П., Голованова С.П., Кирсанов П.В. Супербелый портландцемент. Фазовый состав, технология // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2004. №1. С. 41-44. Zubehin A.P., Golovanova S.P., Kirsanov P.V. Superbelyy portlandcement. Fazovyy sostav, tehnologiya // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Severo-Kavkazskiy region. Tehnicheskie nauki. 2004. №1. S. 41-44. Грачьян А.Н., Гайджуров П.П., Зубехин А.П., Ротыч Н.В. Технология белого портландцемента. М.: Стройиздат, 1970. 73 с. Grach'yan A.N., Gaydzhurov P.P., Zubehin A.P., Rotych N.V. Tehnologiya belogo portlandcementa. M.: Stroyizdat, 1970. 73 s. Мурзабекова Э. Т. Фотокаталитические свойства наноразмерного оксида цинка, полученного с использованием суммарной энергии импульсной плазмы и энергии межфазной поверхности // Молодой ученый. 2016. № 20 (124). С. 13-19. Murzabekova E. T. Fotokataliticheskie svoystva nanorazmernogo oksida cinka, poluchennogo s ispol'zovaniem summarnoy energii impul'snoy plazmy i energii mezhfaznoy poverhnosti // Molodoy uchenyy. 2016. № 20 (124). S. 13-19. Лукутцова Н.П., Ефремочкин Р.А., Борсук О.И., Головин С.Н. Фотокаталитически активный самоочищающийся мелкозернистый бетон // Строительные материалы. 2020. №1-2. С. 8-16. https://doi:10.31659/0585-430X-2020-778-1-2-8-15 . Lukutcova N.P., Efremochkin R.A., Borsuk O.I., Golovin S.N. Fotokataliticheski aktivnyy samoochischayuschiysya melkozernistyy beton // Stroitel'nye materialy. 2020. №1-2. S. 8-16. https://doi:10.31659/0585-430X-2020-778-1-2-8-15 . Kumari V., Yadav S., Jindal J., Sharma S., Kumar K., Kumar N. Synthesis and characterization of heterogeneous ZnO/CuO hierarchical nanostructures for photocatalytic degradation of organic pollutant // Advanced Powder Technology. 2020. Vol. 31 (7). Pp. 2658-2668. https://doi:10.1016/j.apt.2020.04.033 Kumari V., Yadav S., Jindal J., Sharma S., Kumar K., Kumar N. Synthesis and characterization of heterogeneous ZnO/CuO hierarchical nanostructures for photocatalytic degradation of organic pollutant // Advanced Powder Technology. 2020. Vol. 31 (7). Pp. 2658-2668. https://doi:10.1016/j.apt.2020.04.033 Fernández-García M., Martínez-Arias A., Hanson J. C., Rodriguez J. A. Nanostructured Oxides in Chemistry: Characterization and Properties. // Chemical Reviews. 2004. Vol. 104 (9). Pp. 4063-4104. https://doi: 10.1021/cr030032f. Fernández-García M., Martínez-Arias A., Hanson J. C., Rodriguez J. A. Nanostructured Oxides in Chemistry: Characterization and Properties. // Chemical Reviews. 2004. Vol. 104 (9). Pp. 4063-4104. https://doi: 10.1021/cr030032f. Samchenko S.V., Kozlova I.V., Korshunov A.V., Zemskova O.V., Dudareva M.O. Synthesis and Evaluation of Properties of an Additive Based on Bismuth Titanates for Cement Systems. Materials 2023, 16(18), 6262; https://doi.org/10.3390/ma16186262 https://www.mdpi.com/1996-1944/16/18/6262 Samchenko S.V., Kozlova I.V., Korshunov A.V., Zemskova O.V., Dudareva M.O. Synthesis and Evaluation of Properties of an Additive Based on Bismuth Titanates for Cement Systems. Materials 2023, 16(18), 6262; https://doi.org/10.3390/ma16186262 https://www.mdpi.com/1996-1944/16/18/6262 Самченко С.В., Козлова И.В., Коршунов А.В., Земскова О.В., Дударева М.О., Агафонова Н.З. Исследование физико-механических и фотокаталитических свойств цементных композитов, модифицированных промышленным диоксидом титана // Техника и технология силикатов. – 2023. – Т. 30, № -2. – С. 152-161. Samchenko S.V., Kozlova I.V., Korshunov A.V., Zemskova O.V., Dudareva M.O., Agafonova N.Z. Issledovanie fiziko-mehanicheskih i fotokataliticheskih svoystv cementnyh kompozitov, modificirovannyh promyshlennym dioksidom titana // Tehnika i tehnologiya silikatov. – 2023. – T. 30, № -2. – S. 152-161. Тюкавкина В.В., Щелокова Е.А., Поживина К.А., Касиков А.Г. Нанодобавки на основе диоксида титана и диоксида кремния для самоочищающихся бетонов // Строительные материалы. 2021. № 5. С. 47–53. https://doi:10.31659/0585-430X-2021-791-5-47-53 Tyukavkina V.V., Schelokova E.A., Pozhivina K.A., Kasikov A.G. Nanodobavki na osnove dioksida titana i dioksida kremniya dlya samoochischayuschihsya betonov // Stroitel'nye materialy. 2021. № 5. S. 47–53. https://doi:10.31659/0585-430X-2021-791-5-47-53 Антоненко М.В., Огурцова Ю.Н., Строкова В.В., Губарева Е.Н. Фотокаталитически активные самоочищающиеся материалы на основе цемента. Составы, свойства, применение // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2020. № 3. C. 16–25. https://doi:10.34031/2071-7318-2020-5-3-16-25 . Antonenko M.V., Ogurcova Yu.N., Strokova V.V., Gubareva E.N. Fotokataliticheski aktivnye samoochischayuschiesya materialy na osnove cementa. Sostavy, svoystva, primenenie // Vestnik BGTU im. V.G. Shuhova. 2020. № 3. C. 16–25. https://doi:10.34031/2071-7318-2020-5-3-16-25 . Jayapalan A.R., Lee B.Y., Kurtis K.E. Effect of Nano-sized Titanium Dioxide on Early Age Hydration of Portland Cement // Nanotechnology in construction. 2009. Vol. 3. Pp. 267–273. https://doi:10.1007/978-3-642-00980-8_35 . Jayapalan A.R., Lee B.Y., Kurtis K.E. Effect of Nano-sized Titanium Dioxide on Early Age Hydration of Portland Cement // Nanotechnology in construction. 2009. Vol. 3. Pp. 267–273. https://doi:10.1007/978-3-642-00980-8_35 . Хела Р., Боднарова Л. Исследование возможности тестирования эффективности фотокатализа TiO2 в бетоне // Строительные материалы. 2015. № 2. С. 77–81. Hela R., Bodnarova L. Issledovanie vozmozhnosti testirovaniya effektivnosti fotokataliza TiO2 v betone // Stroitel'nye materialy. 2015. № 2. S. 77–81. Aissa A.H., Puzenat E., Plassais A., Herrmann J.M., Haehnel C., Guillard C. Characterization and photocatalytic performance in air of cementitious materials containing TiO2. Case study of formaldehyde removal // Applied Catalysis B: Environment. 2011. Vol. 107 (1−2). Pp. 1–8. https://doi:10.1016/j.apcatb.2011.06.012 . Aissa A.H., Puzenat E., Plassais A., Herrmann J.M., Haehnel C., Guillard C. Characterization and photocatalytic performance in air of cementitious materials containing TiO2. Case study of formaldehyde removal // Applied Catalysis B: Environment. 2011. Vol. 107 (1−2). Pp. 1–8. https://doi:10.1016/j.apcatb.2011.06.012 . Pal A., Jana T.K., Chatterjee K. Silica supported TiO2 nanostructures for highly efficient photocatalytic application under visible light irradiation // Materials Research Bulletin. 2016. Vol. 76. Pp. 353-357. https://doi:10.1016/j. materresbull.2015.12.040 . Pal A., Jana T.K., Chatterjee K. Silica supported TiO2 nanostructures for highly efficient photocatalytic application under visible light irradiation // Materials Research Bulletin. 2016. Vol. 76. Pp. 353-357. https://doi:10.1016/j. materresbull.2015.12.040 . Лукутцова Н.П., Пыкин А.А., Постникова О.А., Головин С.Н., Боровик Е.Г. Структура цементного камня с диспергированным диоксидом титана в суточном возрасте // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2016. № 11. С.13-17. doi:10.12737/22432. Lukutcova N.P., Pykin A.A., Postnikova O.A., Golovin S.N., Borovik E.G. Struktura cementnogo kamnya s dispergirovannym dioksidom titana v sutochnom vozraste // Vestnik BGTU im. V.G. Shuhova. 2016. № 11. S.13-17. doi:10.12737/22432. Тюкавкина В.В., Цырятьева А.В. Структура цементного камня, модифицированного нанодисперсной титаносодержащей добавкой // Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2019. № 16. С. 597–601. https://doi:10.31241/FNS.2019.16.122 . Tyukavkina V.V., Cyryat'eva A.V. Struktura cementnogo kamnya, modificirovannogo nanodispersnoy titanosoderzhaschey dobavkoy // Trudy Fersmanovskoy nauchnoy sessii GI KNC RAN. 2019. № 16. S. 597–601. https://doi:10.31241/FNS.2019.16.122 . Гребенюк А.А., Ерошенко Т.С., Борисов И.Н., Вагин С.А. Влияние высокодисперсного порошка диоксида титана на свойства белого портландцемента // Техника и технология силикатов. – 2023. – Т. 30, № 3. – С. 252-263. Grebenyuk A.A., Eroshenko T.S., Borisov I.N., Vagin S.A. Vliyanie vysokodispersnogo poroshka dioksida titana na svoystva belogo portlandcementa // Tehnika i tehnologiya silikatov. – 2023. – T. 30, № 3. – S. 252-263.