vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2021-48-3-106-116vdgtu-973Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРАBUILDING AND ARCHITECTUREПромышленный опыт внедрения бесклинкерных вяжущих щелочной активацииIndustrial experience in the implementation of clinker-free binders of alkaline activationhttps://orcid.org/0000-0002-1293-7090СаламановаМ. Ш.SalamanovaM. Sh.

Саламанова Мадина Шахидовна, кандидат технических наук, доцент, институт строительства, архитектуры   и   дизайна, кафедра технологии строительного производства

364051, г. Грозный, пр. Исаева,100; 364051, г. Грозный, Старопромысловское шоссе,21

Madina Sh. Salamanova, Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof., Institute of Construction, Architecture and Design, Department of Construction Production Technology

100 Kh. Isaev Ave., Grozny, 364051; 21 Staropromyslovskoe highway, Grozny 364051

madina_salamanova@mail.ruИсмаиловаЗ. Х.IsmailovaZ. Kh.

Исмаилова Зулихан Хасановна, кандидат технических наук, доцент, институт строительства, архитектуры и дизайна, кафедра технологии строительного производства

364051, г. Грозный, пр. Исаева,100

Zulikhan Kh. Ismailova, Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof., Institute of Construction, Architecture and Design, Department of Construction Production Technology

100 Kh. Isaev Ave., Grozny, 364051

ismailova-z-h@mail.ruГрозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М.Д. Миллионщикова; Комплексный научно-исследовательский институт имени Х.И. Ибрагимова Российской академии наукРоссияGrozny State Oil Technical University named after acad. M.D. Millionshchikov; Kh. Ibragimov Complex Institute of the Russian Academy of SciencesRussian FederationГрозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М.Д. МиллионщиковаРоссияGrozny State Oil Technical University named after acad. M.D. MillionshchikovRussian Federation202109112021483106116Copyright © Саламанова М.Ш., Исмаилова З.Х., 20212021Саламанова М.Ш., Исмаилова З.Х.Salamanova M.S., Ismailova Z.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/973Цель

Цель. Вопросы, связанные с поиском новых менее энерго- и материалоемких вяжущих, давно стоят на повестке многих мировых экологических форумов, так как карбонатная технология портландцемента влечет за собой загрязнение окружающей атмосферы и среды обитания, да и цена на этот продукт неоправданно растет. На наш взгляд, щелочные цементы могли бы внести свою лепту в развитие строительной индустрии. В рамках настоящей работы получены результаты проведенных исследований, подтверждающие эффективность развития бесклинкерной технологии получения вяжущих щелочного затворения и композитов на их основе с использованием алюмосиликатных добавок, как природного, так и техногенного происхождения.

Метод

Метод. Методы электронной микроскопии и дифференциально-термического анализа позволяют изучить природу компонентов и процессы формирования структуры цементного камня. Отходы цементной промышленности обладают соответствующим гранулометрическим и химическим составами. Алюмосиликатная минералогия исследуемых порошков подтверждает их соответствие готовой сырьевой смеси портландцементного клинкера, что является ключевым моментом возможности их эффективного использования.

Результат

Результат. Проведенные дифференциально-термические анализы подтвердили присутствие следующих фаз в составе цементного камня на вяжущих связках «цементная пыль – щелочной активатор» цеолитовых, кальцита, слюды типа мусковит, монтриллонита, оксид магния, сульфоалюминатов кальция, структуры эттрингита, гидрохлоралюмината кальция, гидросиликатов кальция, гидрида силиката кальция.

Вывод

Вывод. Полученные закономерности процессов формирования структуры вяжущей связки «отходы цементной промышленности – Na2SiO3» позволят трансформировать данные разработки для создания прочных и долговечных искусственных строительных композитов, конкурирующих с бетонами на портландцементе.

Objective

Objective. Issues related to the search for new, less energy- and material- intensive binders have long been on the agenda of many world environmental forums, since the carbonate technology of Portland cement entails pollution of the surrounding atmosphere and habitat, and the price of this product is unjustifiably growing. In our opinion, alkaline cements could contribute to the construction industry. Within the framework of this work, research results have been obtained that confirm the effectiveness of the development of a clinker-free technology for producing alkaline-mixed binders and composites based on them using aluminosilicate additives, both natural and technogenic origin.

Method

Method. The methods of electron microscopy and differential thermal analysis make it possible to study the nature of the components and the processes of formation of the structure of the cement stone. Waste from the cement industry has the appropriate granulometric and chemical composition, the aluminosilicate mineralogy of the studied powders confirms their compliance with the ready-made raw mix of Portland cement clinker, which is the key to the possibility of their effective use.

Result

Result. The carried out differential thermal analyzes confirmed the presence of the following phases in the composition of cement stone on binding bonds "cement dust - alkaline activator" of zeolite, calcite, mica type muscovite, montrillonite, magnesium oxide, calcium sulfoaluminates, ettringite structure, calcium hydrochloraluminate, calcium hydrosilicate, calcium hydrosilicate calcium.

Conclusion

Conclusion. The obtained regularities of the processes of formation of the structure of the cement binder "waste of the cement industry - Na2SiO3", will transform these developments to create strong and durable artificial building composites competing with concretes on Portland cement.

бесклинкерные цементыминеральные добавкищелочной раствораспирационная пыльвулканический туфгеополимерывяжущая связкаclinker-free cementsmineral additivesalkaline solutionaspiration dustvolcanic tuffgeopolymersbinderReferencesLopez F.J. Metakaolin-Based Geopolymers for Targeted Adsorbents to Heavy Metal Ion Separation / F.J. Lopez, S. Sugita, M. Tagaya, T. Kobayashi // Journal of Materials Science and Chemical Engineering. – 2014. – № 2. – Р. 16 – 27.Lopez F.J. Metakaolin-Based Geopolymers for Targeted Adsorbents to Heavy Metal Ion Separation / F.J. Lopez, S. Sugita, M. Tagaya, T. Kobayashi. Journal of Materials Science and Chemical Engineering. 2014; 2: 16 – 27.Муртазаев С-А.Ю., Саламанова М.Ш., Нахаев М.Р. Возможные пути альтернативного решения проблем в цементной индустрии // Строительные материалы. – 2020.– № 1-2.– С.73-77.Murtazaev S.-A.Yu., Salamanova M.Sh., Nahaev M.R. Possible ways of alternative solutions to problems in the cement industry. Stroitel'nye materialy [Stroitelnye materialy]. 2020;1-2:73-77. (In Russ)Chen L., Wang Z., Wang Y. and Feng J. Preparation and Properties of Alkali Activated Metakaolin - Based Geopolymer // Materials – 2016. –Vol. 9. – Р. 767.Chen L., Wang Z., Wang Y. and Feng J. Preparation and Properties of Alkali Activated Metakaolin - Based Geopolymer. Materials. 2016; 9: 767.Krivenko, P. Influence of alkali activation on the structure formation and properties of blastfurnace cement / P. Krivenko, O. Petropavlovskii, M. Mokhort, V. Puchkar // Proceed. 3rd International Symposium "Non- traditional cement&concrete" (Brno). - 2008. - P.400-409.Krivenko, P. Influence of alkali activation on the structure formation and properties of blastfurnace cement / P. Krivenko, O. Petropavlovskii, M. Mokhort, V. Puchkar // Proceed. 3rd International Symposium "Non- traditional cement&concrete" (Brno). 2008;400-409.Рахимова, Н.Р. Прочность камня композиционных шлакощелочных вяжущих с цеолитсодержащими добавками / Н.Р. Рахимова, Р.З. Рахимов // ИзвестияКазГАСУ. - 2008. -№2(10). - С. 131-134.Rakhimova, N.R. Stone strength of composite slag-alkali binders with zeolite-containing additives / N.R. Rakhimova, R.Z. Rakhimov // Izvestiya KazGASU. 2008; 2 (10): 131-134. (In Russ)Саламанова М.Ш., Алиев С.А., Муртазаева Р.С-А. Структура и свойства вяжущих щелочной активации с использованием цементной пыли // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2019. – № 2 (Т.46). – С.148-158.Salamanova M.Sh., Aliev S.A., Murtazaeva R.S.-A. Structure and properties of alkaline activation binders using cement dust [Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekhnicheskiye nauki] Herald of Daghestan State Technical University. Technical Sciences. 2019;. 46(2): 148-158. (In Russ)Муртазаев С-А.Ю., Саламанова М.Ш. Перспективы использования термоактивированного сырья алюмосиликатной природы // Приволжский научный журнал. – 2018. – №2 (Т.46). – С. 65 –70.Murtazaev S.-A.Yu., Salamanova M.Sh. Prospects for the use of thermally activated raw materials of aluminosilicate nature. Privolzhsky scientific journal. 2018; 46(2): 65–70. (In Russ)Murtazayev S- A. Yu., Salamanova M.Sh., Alashanov A., Ismailova Z. Features of Production of Fine Concretes Based on Clinkerless Binders of Alkaline Mixing (Особенности получения мелкозернистых бетонов на основе бесклинкерных вяжущих щелочного затворения) 14th International Congress for Applied Mineralogy (ICAM 2019) Belgorod State Technological University named after V. G. Shukhov, 23–27 September 2019, Belgorod: 2019. – рр.385-388.Murtazayev S- A. Yu., Salamanova M.Sh., Alashanov A., Ismailova Z. Features of Production of Fine Concretes Based on Clinkerless Binders of Alkaline Mixing (Особенности получения мелкозернистых бетонов на основе бесклинкерных вяжущих щелочного затворения) 14th International Congress for Applied Mineralogy (ICAM 2019) V. G. Shukhov Belgorod State Technological University, 23–27 September 2019, Belgorod: 2019;385-388. (In Russ)Zhang Z., Provis J.L., Zou J., Reid A., Wang Toward an indexing approach to evaluate fly ashes for geopolymer manufacture // Cement and Concrete Research – 2016. – Р.163 – 173.Zhang Z., Provis J.L., Zou J., Reid A., Wang Toward an indexing approach to evaluate fly ashes for geopolymer manufacture . Cement and Concrete Research. 2016;163 – 173.Рахимова H.P. Состояние и перспективные направления развития исследований и производства композиционных шлакощелочных вяжущих, растворов и бетонов // Строительные материалы. – 2008. – №9. – С.77 – 80.Rakhimova H.P. State and promising directions of development of research and production of composite slag-alkali binders, solutions and concretes. [Stroitel'nye materialy] Construction Materials. 2008; 9:77 - 80. (In Russ)Hardjito, D. On the development of fly ash-based geopolymer concrete / D. Hardjito, S. Wallah, D. Sumajouw, B. Rangan // ACJ Materials Journal. – 2004. – vol.101.– рр. 467– 472.Hardjito, D. On the development of fly ash-based geopolymer concrete / D. Hardjito, S. Wallah, D. Sumajouw, B. Rangan. ACJ Materials Journal. 2004;101:467– 472.Davidovitz, J. Geopolymer. Chemistry and applications. Saint-Quentin: Institute Geopolymer. – 2008 .– 592 pp.Davidovitz, J. Geopolymer. Chemistry and applications. Saint-Quentin: Institute Geopolymer. 2008; 592.Fadhil Nuruddin M. Effect of Superplasticizer and NaOH molarity on workability, compressive strength and Microstructure Properties of Self- Compacting Geopolymer Concrete / M. Fadhil Nuruddin, S. Demie, M. Fareed Ahmed, Nasir Shafiq. // World Academy of Science, Engineering and Technology. 2011. – № 75. – P.908 – 914.Fadhil Nuruddin M. Effect of Superplasticizer and NaOH molarity on workability, compressive strength and Microstructure Properties of Self- Compacting Geopolymer Concrete / M. Fadhil Nuruddin, S. Demie, M. Fareed Ahmed, Nasir Shafiq. World Academy of Science, Engineering and Technology. 2011; 75: 908 – 914.Рахимова Н.Р. Композиционные шлакощелочные вяжущие с минеральными добавками различного типа активности / Н.Р. Рахимова, Р.З. Рахимов // Вестник Волжского регионального отделения Российской академии архитектуры и строительных наук. – 2013. – № 16. – С. 204 – 216.Rakhimova N.R. Composite slag-alkali binders with mineral additives of various types of activity / N.R. Rakhimova, R.Z. Rakhimov. Bulletin of the Volga Regional Branch of the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences. 2013; 16: 204 - 216. (In Russ)Villa C., Pecina E.T., Torres R., Gomez L. Geopolymer synthesis using alkaline activation of natural zeolite // Construction and Building Materials. – 2010. Vol. 24. – P. 2084 – 2090.Villa C., Pecina E.T., Torres R., Gomez L. Geopolymer synthesis using alkaline activation of natural zeolite. Construction and Building Materials. 2010; 24: 2084 – 2090.Alex T.C., Nath S.K., Kumar S., Kalinkin A.M., Gurevich B.I., Kalinkina E.V., Tyukavkina V.V. Utilization of zinc slag through geopolymerization: influence of milling atmosphere // International Journal of Mineral Processing. – 2013. – Т. 216. – С. 102 –107.Alex T.C., Nath S.K., Kumar S., Kalinkin A.M., Gurevich B.I., Kalinkina E.V., Tyukavkina V.V. Utilization of zinc slag through geopolymerization: influence of milling atmosphere. International Journal of Mineral Processing. 2013; 216: 102 –107.Murtazayev S- A. Yu., Salamanova M.Sh., Mintsaev M.Sh., Bisultanov R.G Fine-Grained Concretes with Clinker-Free Binders on an Alkali Gauging (Мелкозернистые бетоны на основе вяжущих щелочной активации) Proceedings of the International Symposium "Engineering and Earth Sciences: Applied and Fundamental Research" dedicated to the 85th anniversary of H.I. Ibragimov (ISEES 2019). Atlantis Highlights in Material Sciences and Technology (AHMST). April 2019. Vol.1. – Р.500 – 503.Murtazayev S- A. Yu., Salamanova M.Sh., Mintsaev M.Sh., Bisultanov R.G Fine-Grained Concretes with Clinker-Free Binders on an Alkali Gauging (Мелкозернистые бетоны на основе вяжущих щелочной активации) Proceedings of the International Symposium "Engineering and Earth Sciences: Applied and Fundamental Research" dedicated to the 85th anniversary of H.I. Ibragimov (ISEES 2019). Atlantis Highlights in Material Sciences and Technology (AHMST). April 2019;1:500 – 503.Bataev D.K-S., S- A. Yu. Murtazayev, Salamanova M.Sh., Viskhanov S.S. Utilization of Cement Kiln Dust in Production of Alkali-Activated Clinker-Free Binders (Использование цементной пыли в производстве бесклинкерных вяжущих щелочной активации) / Proceedings of the International Symposium "Engineering and Earth Sciences: Applied and Fundamental Research" dedicated to the 85th anniversary of H.I. Ibragimov (ISEES 2019). Atlantis Highlights in Material Sciences and Technology (AHMST). April 2019. Vol.1. – Р. 457 – 460.Bataev D.K-S., S- A. Yu. Murtazayev, Salamanova M.Sh., Viskhanov S.S. Utilization of Cement Kiln Dust in Production of Alkali-Activated Clinker-Free Binders (Использование цементной пыли в производстве бесклинкерных вяжущих щелочной активации) / Proceedings of the International Symposium "Engineering and Earth Sciences: Applied and Fundamental Research" dedicated to the 85th anniversary of H.I. Ibragimov (ISEES 2019). Atlantis Highlights in Material Sciences and Technology (AHMST). April 2019; 1: 457 – 460.Рахимов М.М., Хабибуллина Н.Р., Рахимов Р.З. Механизм отверждения боратных солевых растворов шлакощелочными вяжущими // Цемент и его применение. – 2016. – № 3. – С. 96 – 99.Rakhimov M.M., Khabibullina N.R., Rakhimov R.Z. The mechanism of curing borate salt solutions with slag-alkali binders. Cement and its application. 2016; 3: 96 - 99.Ушеров-Маршак А.В., Першина Л.А., Циак М. Совместимость цементов с химическими и минеральными добавками. Ч. 1 // Цемент. 2002. № 6. С. 6–9Usherov-Marshak AV, Pershina LA, Tsiak M. Compatibility of cements with chemical and mineral additives. Part 1 Cement and its application. 2002; 6: 6–9Dombrowski K., Buchwald A., Weil The Influence of Calcium Content on the Structure and Thermal Performance of Fly Ash Based Geopolymers // Journal of Materials Science. – Vol. 42. – №. 9. – 2007. – P. 3033 – 3043.Dombrowski K., Buchwald A., Weil The Influence of Calcium Content on the Structure and Thermal Performance of Fly Ash Based Geopolymers . Journal of Materials Science. 2007; 42(9): 3033 – 3043.Pawlasova S., Skvara F. High-Temperature Properties of Geopolymer Materials // Аkali Activated Materials. – 2008. – P. 523 – 525.Pawlasova S., Skvara F. High-Temperature Properties of Geopolymer Materials // Аkali Activated Materials. 2008; 523 – 525.Khater H.M. Effect of firing temperatures on alkali activated Geopolymer mortar doped with MWCNT // Advances in Nano Research. – 2015. – Vol. 3. – №. 4. – P.225 – 242.Khater H.M. Effect of firing temperatures on alkali activated Geopolymer mortar doped with MWCNT // Advances in Nano Research. 2015; 3(4):225 – 242.Khater H.M., El Nagar A.M., Ezzat M. Optimization of Alkali Activated Grog/Ceramic Wastes Geopolymer Bricks // International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology. – 2016. – Vol. 5. – Issue 1. – P. 37– 46.Khater H.M., El Nagar A.M., Ezzat M. Optimization of Alkali Activated Grog/Ceramic Wastes Geopolymer Bricks. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology. 2016; 5(1): 37– 46.Nagajothi S., Elavenil S. Strength assessment of geopolymer concrete using M-sand // Int. J. Chem. Sci. – 2016. – № 14(S1). – P. 115 – 126.Nagajothi S., Elavenil S. Strength assessment of geopolymer concrete using M-sand. Int. J. Chem. Sci. 2016; 14(S1): 115 – 126.Саламанова М.Ш., Нахаев М.Р., Исмаилова З.Х. Закономерности протекания процессов формирования структуры и прочности бесклинкерного вяжущего щелочной активации //Международный научно-исследовательский журнал «Строительные материалы и изделия». – 2020. – Т.3. – №1. – С. 21-29.Salamanova M.Sh., Nakhaev M.R., Ismailova Z.Kh. Regularities of the processes of formation of the structure and strength of the linker-free binder with alkaline activation. International research journal "Building materials and products". 2020; 3(1): 21-29. (In Russ)Murtazayev S-A. Yu., Salamanova M.Sh., Ismailova Z. Kh., Ibragimov S. Kh. Wastes recycling in the construction (Повторное использование отходов промышленности в строительстве) // ETSaP-2019 «Углеводороды и минералы: извлечение, транспортировка, хранение и обработка» в серии IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. -V.663. -№1. – Р.1-7.Murtazayev S-A. Yu., Salamanova M.Sh., Ismailova Z. Kh., Ibragimov S. Kh. Wastes recycling in the construction. ETSaP-2019 IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019;663(1):1-7.Nesvetaev G., Koryanova Y., Zhilnikova T. Оn effect of superplasticizers and mineral additives on shrinkage of hardened cement paste and concrete //В сборнике: MATEC Web of Conferences 27. Сер. "27th R-S-P Seminar, Theoretical Foundation of Civil Engineering (27RSP), TFoCE 2018" 2018. С. 04018.Nesvetaev G., Koryanova Y., Zhilnikova T. Оn effect of superplasticizers and mineral additives on shrinkage of hardened cement paste and concrete. MATEC Web of Conferences 27. Сер. "27th R-S-P Seminar, Theoretical Foundation of Civil Engineering (27RSP), TFoCE 2018" 2018; 04018.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.