Специалисты Университета МИСИС предложили новую технологию улучшения качества цемента, применяемого в огнестойких конструкциях и специализированных видах строительства. Для повышения прочности и физических показателей материала в цементный раствор были введены частицы наноструктурного оксида графена. Полученный композит демонстрирует повышенную устойчивость к высоким температурам и химическим воздействиям, говорится на сайте учебного заведения.
Алюминатно-кальциевый цемент (АКЦ) широко применяется благодаря своей превосходной термостойкости и способности выдерживать воздействие агрессивных химических соединений. Он выступает достойной альтернативой обычному портландцементу. Тем не менее в процессе гидратации АКЦ возникает ряд недостатков. Среди них наиболее значимы рост пористости и ухудшение механических свойств в результате изменений фазового состава. Ученые нашли решение проблемы, предложив использовать в составе АКЦ добавки на основе нанолистов оксида графена — двухмерные наноматериалы, получаемые из гидрофильных, насыщенных кислородом графеновых листов.
«В результате комплексного исследования мы установили механизм действия оксида графена. Он содержит на своей поверхности функциональные группы — карбоксильные, карбонильные, гидроксильные и эпоксидные — улучшающие его дисперсию в цементной матрице и повышающие способность вступать в химические реакции. Поэтому при его добавлении в состав цемента, процесс гидратации ускоряется, микроструктура улучшается, а пористость итогового материала снижается», — комментирует автор исследования, к.т.н. Дмитрий Суворов, старший научный сотрудник кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ МИСИС.
По данным эксперта, оптимальные показатели были получены при введении добавок в количестве 0,05% от общей массы цемента. Эта концентрация позволила увеличить прочность на сжатие на 31%, одновременно уменьшив пористость на 15%.
Нанолисты оксида графена обладают отрицательно заряженной поверхностью, которая эффективно связывается с выделяющимися при гидратации ионами кальция. Эти участки служат центрами формирования новых кристаллических структур, вокруг которых образуются гидратированные фазы. Пластины нанолистов с образованными слоями гидратов покрывают поры и трещины, снижая общую пористость материала и повышая его механическую прочность. За счет ускоренного образования плотной и однородной структуры цемент быстро набирает прочность, приобретает дополнительную плотность и увеличивает срок службы конструкций.
Ранее ученые выяснили, как получить бетон из кофейной гущи.
