Волластонит и его использование в цементном производстве

РЕФЕРАТ. Игольчатый по своей структуре волластонит, который является либо попутным промышленным продуктом, либо природным минералом, может применяться в качестве армирующей добавки в бетонные изделия, придающей им ряд улучшенных потребительских свойств, включая прочность, морозостойкость, безусадочность, долговечность и др. Волластонит — ​многотоннажный попутный продукт (например, в производстве борной кислоты или при переработке алюминийсодежащего сырья по перспективным щелочным технологиям), и его ввод в бетонные композиционные материалы в качестве добавки может быть максимально оправданным, поскольку она улучшает качество бетона, а утилизация волластонита положительно воздействует на экологию и безопасность для человека в ходе его деятельности. Большинство исследований показывает, что максимальный совокупный эффект достигается при добавлении волластонита в количестве 7—15 % массы остальных составляющих бетонного композиционного материала.

Ключевые слова: волластонит, композит, цемент, бетон, прочность, морозостойкость, водопоглощение.

Keywords: wollastonite, composite, cement, concrete, strength, frost resistance, water absorption.

Введение

Глобальное потепление — ​негативный процесс, происходящий в окружающей среде в настоящее время. Принято считать, что основная его причина — ​парниковые газы, особенно CO₂. Исследования последних лет направлены на разработку технологических и аппаратурных решений, направленных на снижение выбросов углекислого газа. Решение этой задачи рассматривается как необходимая мера для устойчивого развития мирового сообщества. Для достижения данной цели почти 195 стран подписали Парижское соглашение, в соответствии с которым к 2100 году глобальная температура не должна повыситься более чем на 2 °C. Это озна­чает, что необходимо сократить выбросы CO₂, в частности, к 2030 году их следует снизить на 45 % [1].

При производстве цемента и бетона — ​многокомпонентного композиционного материала на основе цемента, производящегося в большом количестве, — ​выбрасывается в атмо­сферу около 0,8 т CO₂ на 1 т цемента. Производство цемента сопровождается выделением не только CO₂, но также оксидов азота и серы, выбросы которых усугубляют парниковый эффект и вызывают кислотные дожди [2—5].

Серьезная проблема бетона — ​хрупкость, изделия из него имеют множество внутренних и поверхностных дефектов, а его сопротивление растяжению, изгибу и ударам весьма слабо. Кроме того, обычный бетон часто не может эффективно противостоять воздействию влаги и агрессивных ионов. При совокупном воздействии нагрузки, температуры, влажности и других факторов бетон склонен к растрескиванию и разрушению, из-за чего снижается безопасность бетонных конструкций [5—9]. Основными факторами, влияющими на их долговечность, являются:

• проницаемость;

• возникновение микротрещин в бетоне вследствие теплоты гидратации цемента и связанных с этим напряжений;

• карбонизация;

• воздействие хлоридов;

• коррозия.

Эти факторы можно контролировать, например, ограничивая движение влаги в бетоне [10]. Свойства бетона можно изменить за счет ввода активных минеральных добавок в бетонные смеси на основе цемента, чтобы повысить прочность в длительные сроки твердения, а в некоторых случаях — ​чтобы снизить стоимость бетона. Для этих целей могут быть пригодны некоторые материалы, относящиеся либо к промышленным отходам, либо к природным минералам (например, зола-унос, метакаолин, микрокремнезем, доменные шлаки и др.) [10].

Хрупкость бетона уменьшают добавленные в его состав армирующие волокна неорганической и органической природы — ​они замедляют возникновение, распространение и слияние микро- и макротрещин, тем самым увеличивая прочность материала на растяжение и изгиб, а также его ударную вязкость [1, 5, 11]. В современной практике строительной отрасли добавки таких волокон в состав бетона и композиционных материалов, изготавливаемых, в том числе, на основе портландцемента, позволяют достичь следующего:

• сохранить стабильность размеров бетонных конструкций;

• снизить вероятность образования трещин;

• придать безусадочность и улучшить экс­плуатационные характеристики изделий.

Кроме того, тенденция строительного материаловедения направлена на снижение количества цемента в строительных материалах, например, путем ввода различного минерального сырья природного и техногенного происхождения в состав вяжущих при приготовлении растворов и бетонных смесей [12—14].

Волластонит

Волластонит (называемый также метасиликат или просто силикат кальция) — минерал подкласса цепочечных силикатов (СаSiO₃) с характерной игольчатой структурой крис­таллов, который вводится в различные материа­лы в качестве регулирующей, реологической и мо­дифицирующей добавки [1—15]. 

Волластонит характеризуется высокой белизной и яркостью, низким поглощением влаги и масла, высокой жаростойкостью (температура плавления 1540 °C). Эти достоинства определяют его применение в качестве компонента композиционных материалов с различными матрицами [16].

С физико-химической точки зрения армирующий эффект волластонита вызван тем, что его шероховатые поверхности обла­дают высокими хемосорбционными свойствами, и крис­таллы волластонита при введении в смесь становятся центрами образования ассоциаций с ее частицами, «сковывая» подвижность последних относительно друг друга. Как уже отмечено, при армировании композиционных материалов игольчатой фазой увеличиваются вязкость разрушения, стойкость к термоудару и прочность матрицы за счет того, что повышается работа разрушения и тормозится распространение трещины на границе с матрицей, а также вслед­ствие микрорастрескивания в области вершины трещины и изменения ее траектории. Эффективность армирования волокнами определяется соотношением длины кристалла l и его диаметра d, их объемным содержанием и прочностью соединения с мат­рицей. Обычно рост соотношения l/d способствует улучшению прочностных свойств материала [16, 17].

Для волластонита характерна вытянутая по длине структура кристаллов, при раскалывании которых образуются зерна игольчатой формы. Игольчатая форма зерна волластонита определяет основное направление его использования в качестве микроармирующего наполнителя, для которого l/d равно 3 : 1 и более [18—21]. Характер кристаллов воллас­тонита позволяет ему конкурировать с другими игольчатыми материалами, такими как керамические, стеклянные и стальные волокна, а также с некоторыми органическими волокнами — ​арамидными, полиэтиленовыми, полипропиленовыми и политетрафторэтиленовыми.

Применение волластонита включает его использование в керамике (настенная плитка и столовая посуда), глазури, фрикционных изделиях (тормоза и сцепления), красках, пластмассах и резине, в напольной плитке (в качестве заменителя асбеста), клеях, шовных соединениях, резине и стеновых плитах, а также в металлургии [10]. По различным оценкам, доля керамической промышленности в мировом потреблении волластонита составляет 30—40 %, доля производства полимеров (пластмасс и резины) — ​30—35 %, красок — ​10—15 %. Оставшееся количество потребляют строительная промышленность, металлургия, производство фрикционных изделий.

Применение волластонита как наполнителя в строительных материалах и изделиях способствует значительному повышению их проч­ности, химической и износостойкости, улучшению диэлектрических, термоизоляцион­ных, огнеупорных и других технологических свойств. Волластонит в отличие от канцерогенных компонентов различных строительных материалов — ​асбеста и кристаллического кварца — ​безвреден для здоровья человека и сравнительно дешев [22, 23].

Ввод добавок волластонита позволяет проектировать легкие, более прочные и менее массивные конструкции и сооружения; удешевлять стоимость строительства; снижать расход цемента и других материалов. В строительной индустрии наибольший объем волластонитосодержащей продукции используется при производстве огнеупорного и облицовочного кирпича, керамической плитки и глазурей для нее, строительных растворов, герметиков, сухих отделочных и гидроизоляционных смесей, лакокрасочных составов, декоративных отделочных пленок, неорганических вяжущих веществ, бетона, кровельных покрытий, бетонных межэтажных перекрытий, тепло-, звукоизоляционных и огнестойких панелей и перегородок, пластиковых профилей для дверных и оконных рам и наливных износостойких полов [10, 22, 24, 25]. В меньшей степени волластонит применяется при производстве фрикционных изделий (тормозов и сцеплений), красок, пластмасс и резины [10].

В промышленности используются природный и синтетический волластонит. В настоя­щее время, по разным оценкам, мировое производство/потребление природного волластонита составляет порядка 1,2—1,5 млн т/ год, причем около 75 % этого количества обеспечивает Китай. Синтетический волластонит имеет высокие показатели дисперсности и однородности по составу и строению, а также низкое содержание примесей, в отличие от природного. Температура плавления синтетического волластонита на 100—200 °C ниже, чем у природного.

Применение отходов различного генезиса — ​одна из основных задач любого производства. Перспективен для вторичного использования волластонит, образующийся как отход производства борной кислоты [26—29]. Поиски способов утилизации низкокачественного алюминийсодержащего сырья позволили разработать так называемый гидрохимический метод его переработки, при которой в качестве сопутствующего продукта может быть получен волластонит. При этом масштабы предполагаемой утилизации позволяют получать несколько сотен тысяч тонн синтетического волластонита в год, т. е. эффективное использование такого его количества становится актуальной задачей [30, 31].

Волластонит в составе цементных композитов и бетона

Волластонит, введенный в мелкозернистый бетон в количестве 2—8 % масс. взамен портландцемента, выполняет двойную функцию — ​минерального наполнителя и армирующего волокна (микрофибры). Удлиненные волокна волластонита, обладающие хорошим сцеплением с цементным камнем, обеспечивают эффективное микроармирование бетонного композита. С увеличе­нием доли волластонита в цементе снижается плотность конструкционного материала, что, однако, не снижает прочностные характеристики. Прочность для всех разработанных составов с добавкой волластонита повышается в начальный период твердения — ​3-и и 7-е сутки — ​за счет ускорения гидратационных процессов. Близость химического состава с цементным клинкером, особенно с белитом (Ca₂SiO₄) и алитом (Ca₃SiO₅), приводит к формированию химически однородной и, как следствие, упрочненной микроструктуры. Цементы с 10—30 % добавки волластонита безусадочны, атмосферо- и морозостойки, а также эффективно твердеют при гидротермальной обработке. Волластонит повышает водоудерживающую способность затворенных смесей, усиливает их структурообразование и практически полностью ликвидирует усадку при отвердевании. Обладая хорошими адсорб­ционными свойствами, волластонит исключает отложение кристаллов водорас­творимых соединений на поверхности бетонных изделий [27].

По данным работы [10], у бетона с добавкой волластонита предел прочности бетона при изгибе в 1,9—2,4 раза выше по сравнению с обычным бетоном, который изгибающим напряжениям сопротивляется довольно плохо. Замена цемента волластонитом до 15 % снижает пористость и уплотняет микроструктуру бетона.

Ввод уже 3,0—3,5 % масс. добавки на основе волластонита приводит к увеличению предела прочности мелкозернистого бетона при сжатии (до 26 %) и при изгибе (до 46 %); водопоглощение образцов по массе и по объе­му уменьшается почти в 2 раза, число циклов попеременного замораживания и оттаивания бетона без видимых признаков разрушения и без значительного понижения прочности возрастает, что свидетельствует о повышении морозостойкости бетона. Улучшается также ряд других свойств [10, 20, 25, 32—41]. По данным работ [36, 39, 42—46], прочность бетона на сжатие и изгиб при час­тичной замене цемента волластонитом увеличивается до 15 % по сравнению с контрольным образцом, повышаются также прочность на растяжение и ударная выносливость.

Близкие физико-химические свойства волластонита и цементосодержащих сырьевых композиций, активная избирательная адсорбция продуктов гидратации связующего существенно влияют на реологические параметры концентрированных суспензий и паст, а также композитов [42—44]. Растворы с добавкой волластонита в затворенном виде весьма пластичны, легко наносятся и имеют хорошую адгезию к различным поверхностям [47, 48].

Влияние микроволокон волластонита на прочность цементных композитов на сжатие должно зависеть от некого оптимального содержания добавки, поскольку в одних исследованиях показано, что с увеличением его содержания эта прочность снижается [49—52], а в других получены противоположные результаты — ​т. е. прочность композитов на сжатие возрастала при увеличении доли волластонита [17, 20, 37, 53—55]. Таким образом, суще­ствует некий порог его содержания, выше которого прочность снижается [5, 10, 49, 56, 57]. Отдельные исследования показали, что прочность на сжатие увеличивается на 6—25 % при вводе 5—15 % волластонита [55].

При включении в состав композиционной смеси 2,0—11,5 % об. микроволокон воллас­тонита ее прочность на изгиб увеличивалась практически линейно по сравнению с кон­трольными образцами без волластонита. Однако при дальнейшем увеличении количества микроволокон волластонита до 15 % об. этот показатель немного снижается [43, 58, 59]. Увеличение прочности на растяжение и изгиб цементных композитов, содержащих мик­роволокна волластонита, объяснялось тем, что волластонитовые микроволокна уменьшают количество пор в цементной матрице, а также тем, что волокнистая природа частиц волластонита препятствует распространению трещин [10, 43, 52, 56, 59]. Добавление избыточного количества волластонитовых микроволокон снижает показатели механических свойств цементных композитов из-за эффекта разбавления [5].

Волластонит дает положительный результат также при использовании комплексных добавок. Так, у цементных образцов с добавкой цео­литсодержащей породы и волластонита прочность на сжатие дополнительно возрастает на 12,2 % по сравнению с образцами с добавкой только цеолитсодержащей породы и на 22,2 % по сравнению с образцами с добавкой только волластонита (при одинаковом времени обработки всех этих добавок), т. е. комплексная двухкомпонентная добавка создает синергетический эффект и усиливает положительное влияние каждого минерального компонента на прочностные свойства бетона [54].

Армирование цементных композитов волластонитом повышает устойчивость к циклу замораживания — ​оттаивания до 35 %, когда его добавка больше 10 % об. [20, 60]. Одновременно также улучшаются показатели прочности, непроницаемости, устойчивости к миграции хлоридов, усадке и коррозии в бетоне [10, 39, 61].

К растрескиванию цементных композитов может привести их усадка [6, 62]. Основные факторы, приводящие к усадке, — ​гранулометрический состав и свойства продуктов гид­ратации [62—64]. Включение волластонита в бетонные смеси приводит к меньшей усадке при высыхании бетона [10, 51]. При замене 15 % цемента на микроволокна волластонита разного размера — ​2000, 850, 55 и 33 мкм — ​частицы размером 55 мкм оказались наиболее эффективными в повышении устойчивости к усадочным трещинам [65, 66]. Усадочная деформация бетона значительно снижалась, когда коэффициент замещения цемента составлял 5—10 % [5, 10, 39, 53, 67].

Раннее усадочное растрескивание свежих цементных композитов происходит главным образом из-за высокой скорости поверх­ностного испарения и из-за сжатия твердой фазы [68]. С одной стороны, добавка микроволокон волластонита позволяет снизить увеличение начальной скорости испарения цемент­ных композитов. С другой стороны, добавление микроволокон волластонита, как уже отмечено, снижает усадочную деформацию цементной матрицы и способствует разрыву пор, препятствуя слиянию микротрещин [53, 67]. При совместном воздействии этих двух факторов время растрескивания цементных композитов в конечном счете замедляется [5].

При изучении влияния волластонита на водопоглощение бетона для дорожных покрытий было установлено, что самая низкая скорость водопоглощения имеет место при самом высоком содержании волластонита [1, 20, 36, 69, 70].

Весьма важно изучение непроницаемости цементных композитов — ​их основного свойства, которым характеризуется их способность противостоять не только потоку воды, но и проникновению хлорид-ионов [6]. При понижении температуры окружающей среды вода в порах композита замерзает и создает давление на их стенки. Чем выше водопоглощение композита, тем больше воды впитывается в его поры, что может увеличить давление на стенки пор в цементной матрице. Согласно теории действия и противодействия, цементные композиты подвергаются растягивающим напряжениям. Если напряжение увеличивается до определенной степени, появляются и развиваются трещины, что серьезно влияет на долговечность бетонных конструкций [62, 71]. Было установлено, что частичная замена вяжущего материала на песок с волластонитовым микроволокном может значительно снизить водопоглощение бетона по сравнению с контрольным составом [20]. Показано, что добавление микроволокон волластонита способствует разрыву пор в бетонной матрице, что приводит к снижению водопоглощения. Водопроницаемость бетона значительно снижается после одновременного добавления микрокремнезема и волластонитовых микроволокон [36]. Основные причины снижения водопоглощения бетона в этом случае — ​активность микрокремнезема и эффект микронаполнения, обеспечиваемый и микрокремнеземом, и волластонитовыми микроволокнами [5, 70, 72]. Показано, что при содержании волластонитовых микроволокон и микрокремнезема 15,0 и 7,5 % соответ­ственно бетон обладает наилучшей водонепроницаемостью. Установлена систематическая взаимосвязь между проницаемостью и содержанием волластонитового микроволокна [10, 39]. Проницаемость бетона снижалась с увеличением добавки волластонита [5].

Установлено, что добавление волластонита позволяет регулировать пористую структуру неавтоклавного пенобетона, при этом снижается коэффициент теплопроводности, уменьшается плотность и улучшается морозостойкость. Введение дисперсного воллас­тонита способствует образованию закрытых пор, их объем увеличивается на 47—49 %. Введение волластонита улучшает эксплуатационные характеристики пенобетона [73].

Часто цемент или клинкер вынужденно подвергаются длительному хранению в течение нескольких месяцев. В этом случае на поверхности их частиц образуются гидратные фазы и карбонат кальция, что приводит к существенному снижению активности цемента и качества получаемых с его использова­нием строительных материалов [74, 75]. В этом случае добавка 5—9 % масс. волластонита позволяет существенно снизить негативное влияние последствий такого хранения на проч­ностные характеристики получаемых из цемента композитов [76].

Заключение

Обзор литературы подтверждает возможность использования волластонитового мик­роволокна в качестве частичного заменителя цемента в цементсодержащих композитах. Большинство проведенных исследований однозначно свидетельствуют о положительном влиянии добавки волластонита в бетонные изделия на потребительские свойства последних, причем существует некое оптимальное соотношение компонентов, за пределами которого может наблюдаться и противоположный эффект. Наиболее приемлемое количе­ство добавки волластонита составляет 7—15 % остальной массы бетонного композиционного материала.

Волластонит можно использовать в качестве микроволокна. Армирующие волокна волластонита могут применяться для повышения стабильности размеров, снижения вероятности образования трещин, придания безусадочности и повышения механических эксплуатационных характеристик различных изделий и бетонных композиционных материалов, изготавливаемых на основе цемента. Добавки волластонита способствуют уменьшению водопоглощения, увеличению морозостойкости, трещиностойкости и других важ­ных характеристик. Частичная замена портландцемента волластонитом поможет преодолеть проблемы, связанные с недостатками механических свойств и долговечности традиционных бетонов. Кроме того, добавка волластонита нивелирует последствия длительного хранения цемента.

Использование волластонита в качестве добавки представляется целесообразным при наличии либо эксплуатируемого месторождения этого минерала с одновременным использованием его для других целей, либо при попутном его получении в относительно больших объемах при переработке минерального сырья на другие продукты. Подобное имеет перспективу, например, при переработке алюминийсодержащего сырья на глинозем щелочными методами с получением волластонита вместо отвального шлама.

Волластонит характеризуется экологической чистотой и безопасностью применения, его использование в качестве добавки сни­жает выбросы CO₂.

ЛИТЕРАТУРА

1. Nair N.A., Sairam V. Research initiatives on the influence of wollastonite in cement-based construction material- A review // J. of Cleaner Production. 2021. Vol. 283. P. 124665. DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.124665.

2. Ren D.M., Yan C.J., Duan P., Zhang Z.H., et al. Durability performances of wollastonite, tremolite and basalt fiber-reinforced metakaolin geopolymer composites under sulfate and chloride attack // Constr. Build. Mater. 2017. Vol. 134. P. 56—66. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.12.103.

3. Rashad A.M., Zeedan S.R. The effect of activator concentration on the residual strength of alkali-activated fly ash pastes subjected to thermal load // Constr. Build. Mater. 2011. Vol. 25. P. 3098—3107. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2010.12.044.

4. Ashraf W., Olek J., Jain J. Microscopic features of non-hydraulic calcium silicate cement paste and mortar // Cem. Concr. Res. 2017. Vol. 100. P. 361—372. DOI: 10.1016/j.cemconres.2017.07.001.

5. He Z., Shen A., Lyu Z., Li Y., et al. Effect of wollastonite microfibers as cement replacement on theproperties of cementitious composites: A review // Construction and Building Mater. 2020. Vol. 261. N. 5. P. 119920. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119920.

6. He Z.M., Shen A.Q., Guo Y.C., Lyu Z.H., et al. Cement-based materials modified with superabsorbent polymers: A review // Constr. Build. Mater. 2019. Vol. 225. P. 569—590. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.07.139.

7. Han B.G., Sun S.W., Ding S.Q., Zhang L.Q., et al. Review of nanocarbon-engineered multifunctional cementitious composites // Compos. Part A Appl. Sci. Manuf. 2015. Vol. 70. P. 69—81. DOI: 10.1016/j.compositesa.2014.12.002.

8. Sun S.W., Yu X., Han B.G., Ou J.P. In situ growth of carbon nanotubes/carbon nanofibres on cement/mineral admixture particles: a review // Constr. Build.Mater. 2013. Vol. 49, N. 2. P. 835—840. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2013.09.011.

9. Lyu Z.H., Guo Y.C., Chen Z.H., Shen A.Q., et al. Research on shrinkage development and fracture properties of internal curing pavement concrete based on humidity compensation // Constr. Build. Mater. 2019. Vol. 203. P. 417—431.

10. Kalla P., Rana A., Chad Y.B., Misra A., et al. Durability studies on concrete containing wollastonite // J. of Cleaner Production, 2015. Vol. 87. N. 1. P. 726—734. DOI:10.1016/j.jclepro.2014.10.038.

14. Sharma S.K., Kumar A.A., Ransinchung R.N., Kumar P. Micro fiber reinforced cement paste and mortar overlays A review // Int. J. Pavement Res. Technol. 2013. Vol. 6, N. 6. P. 765—772. DOI: 10.6135/ijprt.org.tw/2013.6(6).765.

12. Yarusova S.B., Gordienko P.S., Kozin A.V., Zhevtun I.G., et al. Influence of synthetic calcium silicates on the strength properties of fine-grained concrete. IOP Conf. Series: Mater. Sci. and Engin. 2018. N. 347. P. 012041 DOI: 10.1088/1757—899X/347/1/012041.

13. Федюк Р.С., Мочалов А.В., Лесовик В.С. Современные способы активации вяжущего и бетонных смесей (обзор) // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. 2018. № 4 (37). С. 85—99.

14. Клюев С.В., Лесовик Р.В. Дисперсно-армированный мелкозернистый бетон с использованием полипропиленового волокна // Бетон и железобетон. 2011. № 3. С. 7—9.

15. Maxim L.D., McConnell E.E. // A review of the toxicology and epidemiology of wollastonite // Inhal. Toxicol., 2005. Vol. 17, N. 9. P. 451—466. DOI: 10.1080/08958370591002030.

16. Новикова Н.С., Тихомирова И.Н., Беляков А.В. Волластонит в силикатных матрицах // Стекло и керамика. 2003. № 10. С. 38—42.

17. Панина А.А., Губайдуллина А.М., Корнилов А.В. Применение природного волластонита в качестве добавки — ​наполнителя портландцемента // Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 17. С. 41—45.

18. Fediuk R.S. Mechanical activation of construction binder materials by various mills // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2016. N. 125 (1). P. 012019. DOI: 10.1088/1757—899X/125/1/012019.

19. Yarusova S.B., Gordienko P.S., Sharma Y.S., Perfilev A.V., et al. Industrial waste as raw material for producing synthetic wollastonite in Russia // Intern. J. of Environ. Sci.e and Development. 2017. N 8 (2). P. 130—134. DOI: 10.18178/ijesd.2017.8.2.934.

20. Mathur R., Misra A.K., Goel P. Influence of wollastonite on mechanical properties of concrete // J. of Scientific & Industrial Res. 2007. Vol. 66. P. 1029—1034.

21. Jindal A., Ransinchung R.N., Kumar P. Behavioral study of self-compacting concrete with wollastonite microfiber as part replacement of sand for pavement quality concrete (PQC) // Intern. J. of Transportation Sci. and Techn. 2019. DOI: 10.1016/j.ijtst.2019.06.002.

22. Тюльнин В.А., Ткач В.Р., Эйрих В.И., Стародубцев Н.П. Волластонит: уникальное минеральное сырье многоцелевого назначения. М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2003. 144 с.

23. Марчевская В.В., Терещенко С.В., Барановский А.Ф., Белуженко Е.В. и др. Разработка технологии получения волластонитового концентрата из сырья Тырныаузского месторождения // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, Сиб. отд. РАН. 2017. № 3. С. 175—181.

24. Гладун В.Д., Акатьева Л.В., Андреева Н.Н., Холькин А.И. Получение и применение синтетического волластонита из природного и техногенного сырья // Химическая технология. 2004. № 9. С. 4—11.

25. Гордиенко П.С., Ярусова С.Б., Козин А.В., Ивин В.В. и др. Материал на основе синтетического волластонита и его влия­ние на функциональные свойства мелкозернистого бетона // Перспективные материалы. 2017. № 9. С. 40—48.

26. А. с. 1446129 СССР, С 04 В 35/22. Способ получения синтетического волластонита и диоксида серы / Ершов В.А., Юмашева Л.В., Кузнецова В.Л., Егоров А.А., Степанова Е.В. (СССР). N 4249093/31—33; заявл. 25.05.87; опубл. 23.12.88, Бюл. № 47. 4 с.

27. Козин А.В., Федюк Р.С., Ильинский Ю.Ю., Ярусова С.Б. и др. Влияние волластонита на механические свойства бетона // Строительные материалы и изделия. 2020. Т. 3, № 5. С. 34—42. DOI: 10.34031/2618—7183—2020—3—5—34—42.

28. Патент 2595682 РФ, МПК C 01B 33/24; C 30B 7/10; C 30B 29/34; C 30B 29/62; B 82B 3/00; B 82Y 40/00. Способ получения волластонита / Гордиенко П. С., Ярусова С. Б., Козин А.В., Степанова В.А., Шабалин И.А., Жевтун И. Г.; заявитель и патентообладатель: ФГБУН Ин-т хим. Дальневосточного отделения Рос-кой акад. наук (ИХ ДВО РАН), ФГБОУ ВО «Владивостокский гос. ун-т экономики и сервиса» (ВГУЭС). N 2015141614/05; заявл. 30.09.2015; опубл. 27.08.16, Бюл. № 24. 9 с.

29. Данилова С.Н., Ярусова С.Б., Буравлев И.Ю., Слепцова С.А. и др. Модифицирование СВМПЭ волластонитом, синтезированным из отходов борного производства // Полимерные материалы и технологии. 2021. Т. 7, № 1. С. 71—82. DOI: 10.32864/polymmattech‑2021—7—1—71—82.

30. Medvedev V.V., Akhmedov S.N., Lipin V.A. Hydrogarnet process as a modern approach to hydrometallurgical alkaline processing of low-grade bauxites. Review // Tsvetnye Metally. 2023. N. 1. P. 51—57. DOI: 10.17580/tsm.2023.01.06.

31. Seitenov R.A., Lipin V.A, Akhmedov S.N., Medvedev V.V. Comparative economic efficiency of processing high-potas­sium aluminosilicate raw materials into alumina and related products // The Minerals, Metals & Materials Society. 2024. S. Wagstaff (ed.), light Metals 2024, The Minerals, Metals & Materials Series, P. 82—89. DOI: 10.1007/978—3—031—50308—5_10.

32. Гайдаш Б.И., Деревягин Г.Ф., Деревягина А.А. Экспериментальные исследования возможности получения специальных марок бетона на основе волластонитового сырья // Волластонит. Сб. статей под ред. В.П. Петрова. М.: Наука, 1982. С. 90—91.

33. Low N.M.P., Beaudoin J.J. The effect of wollastonite micro-fibre aspect ratio on reinforcement of Portland cement-based binders // Cement and Concrete Res. 1993. Vol. 23. P. 1467—1479. DOI: 10.1016/0008—8846(93)90083-L.

34. Эйрих В.И., Березовский С.В., Тарантул Н.П., Иорамашвили И.Н. и др. О применении волластонита в производстве композиционных строительных материалов и изделий на основе цемента // Строительные материалы. 2002. № 1. С. 14—17.

35. Шарифов А., Акрамов А., Джабборов И.С. Модифицирование портландцемента добавками для его использования в производстве специальных бетонов // Докл. Академии наук Республики Таджикистан. 2006. Т. 49, № 5. C. 458—463.

36. Ransinchung G.D., Kumar B., Kumar V. Assessment of water absorption and chloride ion penetration of pavement quality concrete admixed with wollastonite and microsilica // Construction and Building Mater. 2009. Vol. 23. P. 1168—1177. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2008.06.011.

37. Панина А.А., Самигуллин Р.Р., Цыплаков Д.С., Корнилов А.В. и др. Волластонит — ​нетрадиционная минеральная добавка — ​наполнитель в портландцемент // Вестник Казанского технол. ун-та. 2010. № 8. C. 377—378.

38. Кулдашева А.Х. Экспериментальные исследования проч­ностных свойств бетонов на основе волластонитового сырья // Вестник МГСУ. 2011. № 7. С. 627—630.

39. Kalla P., Misra A., Gupta R.C., Csetenyi L., et al. Mechanical and durability studies on concrete containing wollastonite — ​fly ash combination // Construction and Building Mater. 2013. Vol. 40. P. 1142—1150. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2012.09.102.

40. Bian H., Hannawi K., Takarli M., Molez L., et al. Effects of thermal damage on physical properties and cracking behavior of ultrahigh-performance fiberreinforced concrete // J. Mater. Sci. 2016. Vol. 51. P. 10066—10076. DOI: 1007/s10853—016—0233—9.

41. Кудла Ю.М., Брыков А.С., Мякин С.В., Михайлова Е.А. Влия­ние минеральных добавок на эффективность воздухововлекающих поверхностно-активных веществ в материалах на основе портландцемента // Цемент и его применение. 2017. № 3. С. 98—101.

42. Low N.M.P., Beaudoin J.J. Stability of Portland cement-based binders reinforced with natural wollastonite micro-fibres // Cement Concr. Res. 1994. Vol. 24. P. 874—884. DOI: 10.1016/0008—8846(94)90007—8.

43. Low N.M.P., Beaudoin J.J. Mechanical properties and microstructure of high alumina cement-based binders reinforced with natural wollastonite micro-fibres // Cement Concr. Res. 1994. Vol. 24. P. 650—660. DOI: 10.1016/0008—8846(94)90189—9.

44. Low N.M.P., Beaudoin J.J. // The flexural toughness and ductility of Portland cement-based binders reinforced with wollastonite micro-fibres // Cement Concr. Res., 1994. Vol. 24. P. 250—258. DOI: 10.1016/0008—8846(94)90050—7.

45. Soliman A.M., Nehdi M.L. Effects of shrinkage reducing admixture and wollastonite microfiber on early-age behavior of ultra-high performance concrete // Cem. Concr. Compos. 2014. Vol. 46. P. 81—89. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2013.11.008.

46. Yog B.C. Strength, carbonation and permeability studies on wollastonite added concrete (M. Tech thesis). Malaviya National Institute of Technology (MNIT), Jaipur, India, 2010. 

47. Lukutsova N.P., Karpikov E.G., Golovin S.N. Highly-dispersed wollastonite-based additive and its effect on fine concrete strength // Solid State Phenomena. 2018. 284. P. 1005—1011. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.284.1005.

48. Hossain S.K.S., Yadav S., Majumdar S., Krishnamurthy S., et al. A comparative study of physico-mechanical, bioactivity and hemolysis properties of pseudo-wollastonite and wollastonite glass-ceramic synthesized from solid wastes // Ceramics International. 2019. DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.09.039.

49. Khan R.I., Ashraf W. Effects of ground wollastonite on cement hydration kinetics and strength development // Constr. Build. Mater., 2019. Vol. 218. P. 150—161. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.05.061.

50. Ransinchung G.D., Kumar B. Investigations on pastes and mortars of ordinary Portland cement admixed with wollastonite and microsilica // J. Mater. Civ. Eng. 2010. Vol. 22, N. 4. P. 305—313. DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943—5533.0000019.

51. Wahab M.A., Latif I.A., Kohail M., Almasry A. The use of Wollastonite toenhance the mechanical properties of mortar mixes // Constr. Build. Mater., 2017. Vol. 152. P. 304—309. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.07.005.

52. Zareei S.A., Ameri F., Shoaei P., Bahrami N. Recycled ceramic waste high strength concrete containing wollastonite particles and micro-silica: A comprehensive experimental study // Constr. Build. Mater. 2019. Vol. 201. P. 11—32. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.12.161.

53. Soliman A.M., Nehdi M.L. Effect of natural wollastonite microfibers on early age behavior of UHPC // J. Mater. Civ. Eng. 2012. Vol. 24, N. 7. P. 816—824. DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943—5533.0000473.

54. Панина А.А., Лыгина Т.Л. Комплексная минеральная добавка для портландцемента // Цемент и его применение, 2015. № 4. С. 28—30.

55. Лыгина Т.З., Корнилов А.В., Панина А.А., Пермяков Е.Н. Способы повышения прочностных характеристик порт­ландцемента // Цемент и его применение. 2010. № 5. С. 124—126.

56. Yücel H.E., Özcan S. Strength characteristics and microstructural properties of cement mortars incorporating synthetic wollastonite produced with a new technique // Constr. Build. Mater. 2019. Vol. 223, N. 4. P. 165—176. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.06.195.

57. Dey V., Kachala R., Bonakdar A., Mobasher B. Mechanical properties of microand sub-micron wollastonite fibers in cementitious composites // Constr. Build. Mater. 2015. Vol. 82. P. 351—359. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2015.02.084.

58. Low N.M.P., Beaudoin J.J. Mechanical properties of high performance cement binders reinforced with wollastonite micro-fibres // Cem. Concr. Res. 1992. Vol. 22. N. 5. P. 981—989.

59. Low N.M.P., Beaudoin J.J. Flexural strength and microstructure of cementbinders reinforced with wollastonite micro-fibres // Cem. Concr. Res. 1993. Vol. 23, N. 4. P. 905—916.

60. Sato T., Beaudoin J.J. An AC impedance spectroscopy study of freezing phenomena in Wollastonite micro-fibre reinforced cement paste // Proc. of the Intern. Symp. on Role of Concrete in Sustainable Development, Scotland, UK, Sept. 3—4, 2003. P. 379—388. DOI: 10.1680/rocisd.32477.0037.

61. Ransinchung G.D., Sing, B.N., Kumar B., Kumar V. Microstructural behaviour of wollastonite and microsilica admixed concrete for rigid pavements // Highw. Res. J. 2008. Vol. 1, N 1. P. 13—20.

62. Li Z., Ding S.Q., Yu X., Han B.G., et al. Multifunctional cementitious composites modified with nano titanium dioxide: a review, Compos. A Appl. // Sci. Manuf. 2018. Vol. 111. P. 115—137. DOI: 10.1016/j.compositesa.2018.05.019.

63. Jiang S., Zhou B.C., Zhang L.Q., Ouyang J., et al. Comparison ofcompressive strength and electrical resistivity of cementitious compositeswith different nano- and micro-fillers // Arch. Civ. Mech. Eng. 2018. Vol.18. P. 60—68. DOI: 10.1016/j.acme.2017.05.010.

64. Aly T., Sanjayan J.G. Mechanism of early age shrinkage of concretes // Mater. Struct. 2008. Vol. 42. P. 461—469. DOI: 10.1617/s11527—008—9394—6.

65. Dey V., Kachala R., Bonakdar A., Neithalath N., et al. Quantitative 2D restrained shrinkage cracking of cement paste with wollastonite microfibers // J. Mater. Civ. Eng. 2016. Vol. 28, N 9. P. 04016082. DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943—5533.0001592.

66. Kachala R. Early-age drying and cracking properties of wollastonite-textile reinforced cement paste composites, Master Thesis, Arizona State University, USA, 2014.

67. Soliman A.M., Nehdi M.L. Effects of shrinkage reducing admixture and wollastonite microfiber on early-age behavior of ultra-high performance concrete // Cem. Concr. Compos. 2014. Vol. 46. P. 81—89. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2013.11.008.

68. Bakhshi M. Characterization and modeling of moisture flow through hydrating cement-based materials under early-age drying and shrinkage conditions. PhD Thesis, Arizona State University, USA, 2011.

69. Ramujee K., Prasad K.S., Kumar B.N. Durability properties of ternary blended geopolymer concrete under ambient curing // Int. J. Eng. Technol. 2018. Vol. 7, N. 2. P. 46—50. DOI: 10.14419/ijet.v7i2.1.9882.

70. Zareei S.A., Ameri F., Bahrami N., Shoaei P., et al. Performance of sustainable high strength concrete with basic oxygen steel-making (BOS) slag and nano-silica // J. Build. Eng. 2019. Vol. 25. P. 100791. DOI: 10.1016/j.jobe.2019.100791.

70. Yang W.C. Effect of inorganic salts on pore structure and frost resistance of concrete. PhD Thesis, Harbin Institute of Technology, China, 2009 (in Chinese).

72. Ameri F., Shoaei P., Bahrami N., Vaezi M., et al. Optimum rice husk ash content and bacterial concentration in self-compacting concrete // Constr. Build. Mater. 2019. Vol. 222. P. 796—813. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.06.190.

73. Bartenjeva E. The effect of mineral additives on foam concrete porosity // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020. Vol. 962. P. 022023. DOI: 10.1088/1757—899X/962/2/022023.

74. Кузнецова Т.В., Кудряшов И.В., Тимашев В.В. Физическая химия вяжущих материалов. М.: Высшая школа, 1989. 384 с.

75. Волженский А.В., Буров Ю.С., Колокольников В.С. Минеральные вяжущие вещества. М.: Стройиздат, 1979. 476 с.

76. Бердов Г.И., Ильина Л.В., Машкин Н.А. Влияние волластонита на прочность цементного камня из длительно хранившегося портландцемента // Строительные материалы. 2011. № 1. С. 48—49.

Автор: В.А. Липин, Е.Д. Софронова

Рубрика: Наука и производство

Ключевые слова: волластонит, композит, цемент, бетон, прочность, морозостойкость, водопоглощение