name: Композиционные цементы низкой водопотребности и строительные материалы на их основе
keyword_list: цемент низкой водопотребности клинкер размолоспособность механизм пластификации
abstract: Целью работы является установление кинетических закономерностей, физико-химических и структурных превращений, протекающих при получении и гидратации композиционных цементов низкой водопотребности и разработка на их основе бетонов и других строительных материалов с высокими эксплуатационно-техническими и экологическими характеристиками.
  Задачи работы: 1 . Разработать классификацию композиционных цементов низкой водопотребности и их минеральных наполнителей; 2.	 Составить структурно-логическую схему выбора исходных компонентов в тройной системе «цементный клинкер - минеральный наполнитель -суперпластификатор; 3.	 Исследовать кинетические закономерности помола минеральных компонентов ЦНВ совместно с пластификатором, а также дисперсную структуру и свойства полученных порошков; 4.	 Разработать технологические основы производства порошков композиционных ЦНВ, изучить и оценить их структуру и свойства, как гидравлических вяжущих в бетонах; 5.	 Исследовать влияние химической природы суперпластификаторов и их водных растворов на технологическую эффективность в составе ЦНВ. Обосновать и сформулировать механизм низкой водопотребности и пластификации водно¬минеральных паст; 6.	 Разработать способы модификации ЦНВ, в т.ч. наноразмерными промышленными продуктами; 7.	 Разработать составы тяжелых и мелкозернистых бетонов на ЦНВ и определить их технологические, физико-механические и другие эксплуатационные свойства; 8.	 Разработать технологические режимы получения строительных материалов на основе ЦНВ общестроительного и специального назначения:	высокопрочных, быстротвердеющих, напрягающих, сульфатостойких; 9.	 Осуществить опытно-промышленные испытания и внедрение технологии ЦНВ и материалов на их основе в малотоннажном производстве; 10.	 Оценить технологии производства композиционных ЦНВ по критериям экологической результативности. Объектом исследования являются композиционные цементы низкой водопотребности и бетоны на их основе. Предметом исследования являются физико-химические закономерности получения композиционных цементов низкой водопотребности и их гидратации. Научная гипотеза состоит в том, что «силовая» физическая адсорбция ПАВ (пластификатора), осуществляемая при совместном помоле в шаровых мельницах цемента или его смеси с минеральными наполнителями, способно предотвратить образование плотных адсорбционных слоёв воды на их поверхности и обеспечить темсамым снижение водопотребности цемента и, как следствие, общей пористости цементного камня. Это приведет к повышению механической прочности, морозостойкости и других эксплуатационно-технических свойств строительных материалов на основе ЦНВ. Научная новизна: 1.	 Установлен механизм эффекта низкой водопотребности цементов при их совместном помоле с водорастворимыми ПАВ (суперпластификаторами), заключающийся в принудительной адсорбции их молекул на поверхности твердой фазы, препятствующей образованию плотных адсорбционных слоев воды затворения и, тем самым, увеличивающей объём подвижной свободной воды, которая и обеспечивает водоредуцирующий эффект и реологическую активность цементного теста и, соответственно, бетонной смеси. 2.	 Установлено, что кинетические кривые измельчения твердых минеральных компонентов ЦНВ, в том числе в присутствии ПАВ описываются экспоненциальной функцией Sw=So+a[1-exp(-T/xo)], коэффициенты которой позволяют количественно оценить размолоспособность минеральных веществ, удельные энергозатраты на помол и эффективность суперпластификаторов при помоле на разных типах мельниц. Выявлено, что по интенсифицирующему влиянию на помол добавки на основе эфиров поликарбоксилатных	соединений	превосходят	эффективность нафталинформальдегидных ПАВ. 3.	 Экспериментально установлено, что более эффективное предадсорбционное нанесение поверхностно-активных веществ на поверхность твердых компонентов ЦНВ достигается при их помоле с водными растворами пластификаторов в сравнении с сухими аналогами. При этом присутствие малых концентраций воды приводит к образованию поверхностных предгидратов, которые становятся затравками кристаллизации основных гидратов, что положительно отражается на технологических показателях и прочности бетонов на ЦНВ, особенно, в раннем возрасте. 4.	 Установлено улучшение реологических свойств минеральных порошков- компонентов ЦНВ: портландцемента и наполнителей с увеличением их дисперсности и содержания суперпластификатора, которое выражается в уменьшении угла внутреннего трения (на 3-6о), увеличении текучести (на 9-11 %) при снижении относительной насыпной плотности этих порошков (на 16-18 %).
  5.	 Впервые на лазерном анализаторе получено распределение частиц по размерам (РЧР) минеральных компонентов ЦНВ после помола. И если РЧР исходного портландцемента имеет четкий одномодальный вид с максимумом в интервале 10-30 мкм, то при его совместном помоле с минеральными добавками (золой-уноса, кварцевым песком) оно становится полимодальным с двумя-тремя максимумами на кривых в интервале 0,3-0,9, 3-6, 10-30 мкм, причём модой распределения являются мелкие частицы (0,3-0,9 мкм). Аналогичным образом меняется РЧР ненаполненного ЦНВ, которое при помоле этого вяжущего с твердыми минеральными добавками приобретает несколько масштабных уровней частиц, что способствует повышению плотности их упаковки и улучшению реологических показателей водной суспензии ЦНВ. 6.	 Разработан эффективный способ наномодификации цемента низкой водопотребности с помощью сухого премикса, который получен путем совместного помола портландцемента с кремнеземистой нанодобавкой; при этом установлена экстремальная концентрационная зависимость прочности ЦНВ с максимумом при 0,001 масс. % кремнезема и повышением прочности на 34-35 %. Теоретическая значимость работы заключается в формулировании научно обоснованного подхода к созданию новых композиционных ЦНВ, превосходящих по технологическим, строительно-техническим и экологическим показателям все стандартные цементы, производимые ведущими мировыми компаниями, в том числе, владеющими цементными заводами на территории России. Проведенный расчет углеродного рейтинга ЦНВ и бетонов на их основе показал, что по удельному экологическому показателю они кратно превосходят целевые показатели, установленные для мировой цементной индустрии на 2050 год.
  Практическая значимость работы заключается в разработке технологий производства для широкой номенклатуры композиционных цементов низкой водопотребности, что позволило создать опытно-промышленное производство «карбонатных» ЦНВ-50, успешно применённых для изготовления бетонов. Разработаны ТУ и технологический регламент на производство этих вяжущих. Установлено, что «карбонатные» ЦНВ по комплексу технологических, строительно-технических, экономических и экологических показателей превосходят не только стандартные цементы, но и другие виды композиционных ЦНВ, а их технология в наибольшей степени отвечает основным критериям наилучших доступных технологий: энергосбережению и минимальному НВОС (негативному воздействию на окружающую среду).
  1.	 Разработаны рецептуры и технологические схемы производства композиционных ЦНВ с использованием наполнителей природного и техногенного происхождения, что позволяет эффективно заменить ими стандартные цементы в строительных материалах различного назначения.
  2.	 Расширена местная сырьевая база компонентов ЦНВ за счет использования отходов камнедробления известняков, доломитов, доломитизированных известняков, а также зол-уноса, золошлаковых отходов, электротермофосфорных, доменных и электросталеплавильных шлаков и др. Разработаны составы композиционных ЦНВ со смешанным карбонатно-кремнеземистым наполнителем. 3.	 Разработан раздельно-последовательный способ получения композиционных ЦНВ при меньшей, чем у ПЦ-клинкера твердости и прочности минерального компонента (известняки и доломиты невысокой прочности - марок 500...600 по дробимости), что позволило эффективно использовать их для получения высокоактивных вяжущих. 4.	 Расширена номенклатура промышленных суперпластификаторов, пригодных для получения ЦНВ с улучшенными свойствами. Установлена высокая эффективность водных растворов суперпластификаторов, в т.ч. на основе эфиров поликарбоксилатов отечественного производства. 5.	 Разработан способ наномодификации цементов низкой водопотребности с использованием неуглеродных нанопродуктов, усиливающих водоредуцирующее действие суперпластификатора в составе ЦНВ. 6.	 Изучен комплекс технологических и эксплуатационно-технических свойств композиционных цементов низкой водопотребности, бетонных смесей и бетонов на их основе: сохранность, водопотребность, подвижность, прочность при сжатии и изгибе, морозостойкость, усадочные деформации, водонепроницаемость и др.Степень достоверности полученных автором данных определяется достаточным объемом лабораторных исследований процессов формирования структуры композиционных цементов низкой водопотребности, классическими методами физической химии, применением методов планирования эксперимента, современными достижениями вычислительной техники, сходимостью результатов исследований с результатами других авторов, положительными решениями государственной патентной экспертизы по заявленным техническим решениям, положительными результатами опытно-промышленных испытаний и стабильной реализацией продукции в течение десяти лет. Положения, выносимые на защиту:
  -	 классификация композиционных ЦНВ по вещественному составу, назначению и виду сырьевых компонентов и структурно-логическая схема их выбора; -	 закономерности изменения размолоспособности, энергоэффективности, дисперсного состава, физических и реологических свойств минеральных компонентов ЦНВ; -	 схемы процедурно-технологической последовательности получения ЦНВ в зависимости от твердости минерального сырья; -	 зависимости свойств композиционных ЦНВ от вида природных наполнителей и отходов промышленности;
  -	 теоретические представления о механизме водоредуцирования и пластификации водно-минеральных дисперсных систем;
  -	 эффективные области применения композиционных ЦНВ в составе различных строительных материалов; -	 результаты производственных испытаний и внедрения.
chairman_dissertation_council.name: Валерий
chairman_dissertation_council.surname: Куприянов
chairman_dissertation_council.patronymic: Николаевич
chairman_dissertation_council.position: Профессор
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
chairman_dissertation_council.rank: Профессор
chairman_dissertation_council.wos_research_id: AAC-8997-2021
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 57188806745
chairman_dissertation_council.rinc_id: 8587
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Рашит
organization_supervisor.surname: Низамов
organization_supervisor.patronymic: Курбангалиевич
organization_supervisor.position: Ректор
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 67.15.33
rubrics.name: Производство минеральных вяжущих для строительства
rubrics.code: 67.09.31
rubrics.name: Минеральные вяжущие вещества в строительстве
oecds.code: 02.05.QH
oecds.name: MATERIALS SCIENCE, COMPOSITES
oecds.code: 02.01.IM
oecds.name: ENGINEERING, CIVIL
speciality_codes.name: Строительные материалы и изделия
speciality_codes.code: 2.1.5.
supervisors.fio: Хозин В.Г.
supervisors.scientific_degree: Доктор технических наук
supervisors.speciality_code: Строительные материалы и изделия
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Белов В.В.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Строительные материалы и изделия
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Гаркави М.С.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Строительные материалы и изделия
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Тараканов О.В.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Строительные материалы и изделия
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: КГАСУ, КАЗГАСУ, КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
protection_organization.ogrn: 1021602836485
protection_organization.supervisor_name: РАШИТ
protection_organization.supervisor_surname: НИЗАМОВ
protection_organization.supervisor_patronymic: КУРБАНГАЛИЕВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.short_name: КГАСУ, КАЗГАСУ, КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
author_organization.ogrn: 1021602836485
author_organization.supervisor_name: РАШИТ
author_organization.supervisor_surname: НИЗАМОВ
author_organization.supervisor_patronymic: КУРБАНГАЛИЕВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения