Структура и гранулометрический состав углеродсодержащей добавки для тяжелых бетонов

Орлов Виктор Сергеевич , Селезнева Ольга Игоревна , Шустов Павел Александрович

2020 / Том 10, номер 4(35) 2020 [ ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. СТРОИТЕЛЬСТВО ]

Открытие двумерной формы углерода - графена, состоящего из единичного слоя атомов, соединенных между собой структурой химических связей, дало толчок к развитию новой широкой области применения его в строительстве. Актуальной задачей является повышение эксплуатационных характеристик тяжелых цементных бетонов на плотных заполнителях. Один из наиболее эффективных способов - применение углеродсодержащих модификаторов нового поколения. Регулирование физико-механических свойств цементных бетонов необходимо проводить на микроуровне, оптимизируя структурообразование цементной матрицы. Перспективным направлением является применение графена в качестве углеродсодержащего модификатора. Приведены данные исследований окисленного терморасши-ряющегося графита. Представлены результаты микроскопического и лазерного дифракционного гранулометрического анализов. Выполненные исследования позволили охарактеризо-вать свойства исследуемого тяжелого бетона. Анализ гранулометрического состава проводился на лазерном приборе измерения размера частиц Fritsch NanoTeс блоком диспергирования в жидкой среде с общим диапазоном измерений от 0,01 до 2100 мкм и показало уменьшение размеров с 574 мкм до 22,2 мкм. Микроскопическое исследование проводилось с применением сканирующего (растрового) электронного микроскопа TESCAN Mira-3 с диапазоном увеличения х1-x1 000 000. Приведенные результаты экспериментальных исследований доказывают эффективность применения углеродсодержащей добавки в качестве модификатора тяжелых цементных бетонов на плотных заполнителях. Применение окисленного терморасширяющегося графита позволяет создать более плотную упаковку структуры и дает возможность для создания дополнительных центров новообразования. Это позволяет улучшить физико-механические и эксплуатационные характеристики конечного материала.

Ключевые слова:

графен,окисленный терморасширяющийся графит,гранулометрический состав,тяжелый бетон

Библиографический список:

1. Chuah S., Pan Z., Sanjaan J.G., Wang C.M., Duan W.H. Nano reinforced cement and concrete composites and new perspective from grapheme oxide // Construction and Building Materials. 2014. Vol. 73. P. 113-124. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.09.040
2. Pan Z., He L., Qiu L., Korayem A.H., Li G., Zu J.W., Hu, Collins F., Li D., Duan W.H., Wang M.C. Mechanical properties and microstructure of a grapheme oxide - cement composit // Cement & Concrete Composites. 2015. Vol. 58. P. 140-147. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2015.02.001
3. Moxmmed A., Sanjayn J.G., Duan W.H., Nazari A. Incorporating grapheme oxide in cement composites: A study of transport properties // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 84. P. 341-347. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.01.083
4. Sedaghat A., Ram M.K., Zayed A., Rajeev K., Shanahan N. Investigation of Physical Properties of Graphene-Cement Composite for Structural Applications // Open Journal of Composite Materials. 2014. № 4. № 1. P. 12-21. https://doi.org/10.4236/ojcm.2014.41002
5. Sayed M., Roya R., Mohammad M., Parastoo K., Misaq A. Effect of alumina on microstructure and com-pressive strength of a porous silicated hydroxyapatite // J Appl Biomater Funct Mater. 2014. Vol. 12. № 2. P. 102-106.
6. Федорова Г.Д., Александров Г.Н., Смагулова С.А. Исследование устойчивости водной суспензии оксида графена // Строительные материалы. 2015. № 2. С. 15-24.
7. Федорова Г.Д., Александров Г.Н., Смагулова С.А. К вопросу применения оксида графена в цементных системах // Строительные материалы. 2016. № 1-2. С. 21-26.
8. Horszczaruk E., Mijowska E., Kalenczuk R.J., Aleksandrzak M., Mijowska S. Nanocomposite of cement/graphene oxide - Impact on hydration kinetics and Young’s modulus // Construction and Building Materials. 2015. Vol. 78. P. 234-242. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.12.009
9. Wang Q, Wang J, Lu C-xiang, Lie Bo-wei, Zhang K., Li Ch-zhi. Influence of grapheme oxide additions on the mi-crostructure and mechanical strength of cement // New Carbon Materials. 2015. Vol. 30. Is. 4. P. 349-356. https://doi.org/10.1016/s1872-5805(15)60194-9
10. Bonaccorso F., Lombardo A., Hasan T., Sun Zh., Colombo L., Ferrari A.C. Production and processing of graphene and 2d crystals // Materials Today. 2012. Vol. 15. № 12. P. 564-589. https://doi.org/10.1016/s1369-7021(13)70014-2
11. Patent WO 2013096990 A1. Graphene oxide reinforced cement and concrete. Pan Z., Duan W.H., Li D., Collins F. Declared 21.12.2012. Published 04.07.2013.
12. Селезнева О.И., Орлов В.С. Изучение гранулометрического состава углеродсодержащей добавки // Новые технологии - нефтегазовому региону: материалы Междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых (20-21 мая 2020 г., г. Тюмень). Тюмень: Тюменский индустриальный университет, 2020. С. 48-50.
13. Орлов В.С., Зелиг М.П., Зимакова Г.А. Эффективные бетоны с кремнезем содержащими добавками // Нефть и газ Западной Сибири: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (02-03 ноября 2017 г., г. Тюмень). Тюмень: Тюменский индустриальный университет, 2017. С. 173-175.
14. Хархардин А.Н. Структура топологии дисперсных систем взаимодействующих микро- и наночастиц // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2011. № 5 (629). С. 119-125.
15. Raki L., Beaudoin J.J., Alizadeh R., Makar J.M., Sato T. Cement and concrete nanoscience and nanotechnology // Materials. 2010. Vol. 3(2). P. 918-942. https://doi.org/10.3390/ma3020918
16. Cwirzen A., Habermehl-Cwirzen K., Penttala V. Surface decoration of carbon nanotubes and mechanical properties of cement/carbon nanotube composites // Advances in Cement Research. 2008. Vol. 20. Iss. 2. P. 65-73. https://doi.org/10.1680/adcr.2008.20.2.65
17. Zimakova G., Zelig M., Solonina V., Orlov V. Effect of fine-grained components on concrete properties and structure formation // 4th international young researchers conference on youth, science, solutions: ideas and prospects (YSSIP- 2017). Matec web of conferences: edp. sciences. (25-27 октября 2017 г., Томск). Томск, 2018.
18. Фаликман В.Р. Наноматериалы и нанотехнологии в современных бетонах // ALITinform: Цемент. Бетон. Сухие смеси. 2011. № 5-6. С. 34-48.
19. Кожухова Н.И., Бондаренко А.И., Строкова В.В. Зависимость механизма структурообразования от химического состава как ключевого фактора вяжущей системы // Строительный комплекс России. Наука. Образование. Практика: материалы Международной научно-практической конференции, посвященные 50-летию Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления и строительного факультета (г. Улан-Удэ, 11-14 июля 2012 г.). Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2012. С. 162-164.
20. Voiry D., Yang J., Kupferberg J., Fullon R., Lee C., Jeong H.Y., Shin H.S., Chhowalla M. High-quality graphene via microwave reduction of solution-exfoliated graphene oxide // Science. 2016. Vol. 353. Is. 6306. P. 1413-1416.

Файлы:

• статья (скачать | просмотреть) - скачано 57 раз