Influence of fine additives and surfactants on the strength and permeability degree of concrete

Abstract

Результати досліджень для визначення впливу наночастинок діоксиду титану (nanoTiO2), тонкодисперсної кристалічної лінії анатазу діоксиду титану (anatazTiO2) та поверхнево-активних речовин (ПАР) на міцність на стиск, ступінь проникності та термостійкість зразків бетону представлений. Додавання до цементу частинок нанотитану, анатазу титану та ПАР до 2% прискорює процес гідратації та збільшує міцність бетону, а також сильно впливає на його мікроструктуру. В результаті досліджень експериментально доведено, що міцність бетону на стиск зростає з додаванням наночастинок діоксиду титану (nanoTiO2) на 23,2%, тонкодисперсного кристалічного діоксиду титану анатазу (anatazTiO2) на 21,7% до 5% по масі. Крім того, введення цих добавок знижує проникність бетону. Це пов’язано зі зменшенням поглинання бетону водою з додаванням нанотитану та анатазу титану. Введення добавок від 1% до 5% по масі в бетон зменшує глибину проникнення хлориду в 10–15 разів порівняно з контролем. Використання методу запрограмованої температурою десорбційної мас-спектрометрії (TPD-MS) показало, що збільшення відсотка наночастинок TiO2 до 5% у бетонних сумішах корелює зі збільшенням мікропористості та рівня дисперсії цих сумішей, що спричиняє зміщення піки інтенсивного виділення газу із зразків при нагріванні до бокових низьких температур (наприклад, вуглекислий газ CO2). Отримані зразки бетону планується використовувати для виготовлення підлог у тваринницьких будівлях. Введені добавки вибирають, оскільки вони не є токсичними речовинами і, контактуючи з біологічним середовищем тваринницьких будівель (сеча, кал), не будуть з ними реагувати.

Приведены результаты исследований по определению влияния наночастиц диоксида титана (nanoTiO2), мелкодисперсного кристаллического диоксида титана анатаза (anatazTiO2) и поверхностно-активных веществ (ПАВ) на прочность на сжатие, степень проницаемости и термостойкость бетонных образцов. Добавление в цемент частиц нанотитана, анатаза титана и поверхностно-активных веществ до 2% ускоряет процесс гидратации и увеличивает прочность бетона, а также сильно влияет на его микроструктуру. В результате исследований экспериментально доказано, что прочность бетона на сжатие увеличивается при добавлении наночастиц диоксида титана (nanoTiO2) на 23,2%, мелкодисперсного кристаллического диоксида титана анатаза (anatazTiO2) на 21,7% до концентрации 5% по массе. Кроме того, введение этих добавок снижает проницаемость бетона. Это связано с уменьшением впитывания бетона водой при добавлении нанотитана и анатаза титана. Введение в бетон добавок от 1% до 5% по массе снижает глубину проникновения хлоридов в 10–15 раз по сравнению с контролем. Использование метода термопрограммируемой десорбционной масс-спектрометрии (TPD-MS) показало, что увеличение процентного содержания наночастиц TiO2 до 5% в бетонных смесях коррелирует с увеличением микропористости и уровня дисперсности этих смесей, что вызывает сдвиг в пики интенсивного газовыделения из образцов при нагреве в сторону низких температур (например, углекислый газ СО2). Полученные образцы бетона планируется использовать для изготовления полов в животноводческих помещениях. Вводимые добавки выбраны потому, что они не являются токсичными веществами и при контакте с биологической средой животноводческих помещений (моча, фекалии) не вступают с ними в реакцию.

The results of studies to determine the effect of titanium dioxide nanoparticles (nanoTiO2), finely dispersed anatase crystal¬line titanium dioxide (anatazTiO2) and surface-active substances (surfactants) on the compressive strength, degree of permeability and thermal stability of concrete samples are presented. Adding particles of nanotitanium, anatase titanium and surfactants up to 2 % to cement accelerates the hydration process and increases the strength of concrete, and also has a strong effect on its microstructure. As a result of the studies, it is experimentally proved that the compressive strength of concrete increases with the addition of titanium dioxide (nanoTiO2) nanoparticles by 23.2 %, finely dispersed anatase crystalline titanium dioxide (anatazTiO2) by 21.7 % to 5 % concentration by weight. In addition, the introduction of these additives reduces the permeability of concrete. This is due to a decrease in the absorp¬tion of concrete by water with the addition of nanotitanium and anatase titanium. The introduction of additives from 1 % to 5 % by weight in concrete reduces the depth of chloride penetration by 10–15 times, compared with the control. The use of temperature-programmed desorption mass spectrometry (TPD-MS) method has shown that an increase in the percentage of TiO2 nanoparticles to 5 % in concrete mixtures correlates with an increase in microporosity and dispersion level of these mixtures, which causes a shift in the peaks of intense gas evolution from the samples when heated to the side low temperatures (for example, carbon dioxide CO2). The resulting concrete samples are planned to be used for the manufacture of floors in livestock buildings. The injected additives are selected because they are not toxic substances and, in contact with the biological environment of livestock buildings (urine, feces), will not react with them.