МОДИФИЦИРОВАНИЕ ЦЕМЕНТА МАЛОСЛОЙНЫМ ГРАФЕНОМ

  • Карам Али Аль-шиблави Тамбовский государственный технический университет
  • Владимир Федорович Першин Тамбовский государственный технический университет
  • Татьяна Владимировна Пасько Тамбовский государственный технический университет
Ключевые слова: графен, жидкофазная эксфолиация, прочность на сжатие, прочность на изгиб, наноматериалы

Аннотация

Повышение эксплуатационных характеристик бетонов – и в первую очередь прочности на сжатие и изгиб – является весьма актуальной задачей. Ее традиционно решают путем модифицирования бетона различными продуктами химической промышленности органического и неорганического происхождения. В последнее десятилетие в качестве модификаторов активно используют наноматериалы, в том числе углеродные. Наиболее перспективными модификаторами являются малослойный графен и оксид графена. Малослойный графен можно получать в промышленных масштабах с использованием жидкофазной сдвиговой эксфолиации кристаллического графита. Данная технология принципиально отличается от технологии получения малослойного графена из оксида графита, поскольку в ней не используются сильные кислоты и ультразвуковая обработка, что в десятки раз снижает себестоимость готового продукта. В статье приведены результаты исследования процесса модифицирования цементных смесей малослойным графеном, полученным жидкофазной сдвиговой эксфолиацией графита. Модифицирование осуществляли путем использования в качестве воды затворения суспензии, с концентрациями малослойного графена по отношению к цементу от 0,02 до 0,07 %. Для определения прочностных характеристик цемента изготавливали образцы-балочки размером 40×40×160 мм. Цементные растворы и образцы готовили в полном соответствии с ГОСТами. Образцы испытывали на сжатие и трехточечный изгиб. Экспериментально установлено, что максимальная относительная прочность достигается при концентрации 0,05–0,06 мас. % (по отношению к цементу) и дальнейшее увеличение концентрации не приводит к увеличению прочности. В частности, прочность на сжатие повышается в 1,7–2,5 раза, а на изгиб – в 1,2–1,5 раза. Особо следует отметить, что по мере увеличения прочности на сжатие контрольного образца (не модифицированного малослойным графеном) эффективность модифицирования снижается.

Биографии авторов

Карам Али Аль-шиблави, Тамбовский государственный технический университет

аспирант кафедры «Конструкции зданий и сооружений»

Владимир Федорович Першин, Тамбовский государственный технический университет

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Техника и технологии производства нанопродуктов»

Татьяна Владимировна Пасько, Тамбовский государственный технический университет

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Техника и технологии производства нанопродуктов»

Литература

Фаликман В.Р., Вайнер А.Я. Новые высокоэффективные нанодобавки для фотокаталитических бетонов: синтез и исследование // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. 2015. Т. 7. № 1. С. 18–28.

Толмачев С.Н., Беличенко Е.А. Особенности влияния углеродных наночастиц на реологические свойства цементного теста и технологические свойства мелкозернистых бетонов // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. 2014. Т. 6. № 5. С. 13–29.

Низина Т.А., Кочетков С.Н., Пономарев А.Н., Козеев А.А. Оценка эффективности влияния наномодификаторов на прочностные и реологические характеристики цементных композитов в зависимости от вида пластифицирующих добавок // Региональная архитектура и строительство. 2013. № 2. С. 43–49.

Урханова Л.А., Лхасаранов С.А., Буянтуев С.Л., Кузнецова А.Ю. О влиянии углеродных наноматериалов на свойства цемента и бетона // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. 2016. Т. 8. № 5. С. 16–41.

Стенечкина К.С. Влияние условий твердения на свойства наномодифицированных бетонов // Инновационная наука. 2017. № 5. С. 65–67.

Панина Т.И., Ткачев А.Г., Михалева З.А. Влияние полифункционального наномодификатора на морозостойкость мелкозернистого бетона // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2014. Т. 20. № 2. С. 349–355.

Li G.Y., Wang P.M., Zhao X. Mechanical behavior and microstructure of cement composites incorporating surface-treated multi-walled Carbon nanotubes // Carbon. 2005. Vol. 43. № 6. P. 1239–1245.

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. № 2. P. 65–73.

Яковлев Г.И., Первушин Г.Н., Корженко А., Бурьянов А.Ф., Керене Я., Маева И.С., Хазеев Д.Р., Пудов И.А., Сеньков С.А. Применение дисперсий многослойных углеродных нанотрубок при производстве силикатного газобетона автоклавного твердения // Строительные материалы. 2013. № 2. С. 25–29.

Яковлев Г.И., Первушин Г.Н., Керене Я., Полянских И.С., Пудов И.А., Хазеев Д.Р., Сеньков С.А. Комплексная добавка на основе углеродных нанотрубок и микрокремнезема для модификации газосиликата автоклавного твердения // Строительные материалы. 2014. № 1-2. С. 3–7.

Manzur T., Yazdani N., Emon M.A.B. Potential of Carbon Nanotube Reinforced Cement Composites as Concrete Repair Material // Journal of Nanomaterials. 2016. Vol. 2016. Article nuber 1421959.

Гусев Б.В., Петрунин С.Ю. Кавитационное диспергирование углеродных нанотрубок и модифицирование цементных систем // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал. 2014. Т. 6. № 6. С. 50–57.

Пудов И.А., Яковлев Г.И., Лушникова А.А., Изряднова О.В. Гидродинамический способ диспергации многослойных углеродных нанотрубок при модификации минеральных вяжущих // Интеллектуальные системы в производстве. 2011. № 1. С. 285–293.

Dimov D., Amit I., Gorrie O., Barnes M.D., Townsend N.J., Neves A.I.S., Withers F., Russo S., Felicia M., Craciun M.F. Ultrahigh Performance Nanoengineered Graphene-Concrete Composites for Multifunctional Applications // Advances in Cement Research. 2018. Vol. 28. № 23. Article 1705183.

Paton K.R., Varrla E., Backes C., Smith R.J., Khan U., O’Neill A., Boland C., Lotya M., Istrate O.M., King P., Higgins T., Barwich S., May P., Puczkarski P., Ahmed I., Moebius M., Pettersson H., Long E., Coelho J., O’Brien S.E., McGuire E.K., Sanchez B.M., Duesberg G.S., McEvoy N., Pennycook T.J., Downing C., Crossley A., Nicolosi V., Coleman J.N. Scalable production of large quantities of defect-free few-layer graphene by shear exfoliation in liquids // Nature materials. 2014. Vol. 13. № 6. P. 624–630.

Lee J.-U., Yoon D., Cheong H. Estimation of Young's modulus of graphene by Raman spectroscopy // Nano Letters. 2012. Vol. 12. № 9. P. 4444–4448.

Sedaghat A., Ram M.K., Zayed A., Kamal R., Shanahan N. Investigation of physical properties of graphene-cement composite for structural applications // Open journal of composite materials. 2014. Vol. 4. P. 12–21.

Richardson I.G. The calcium silicate hydrates // Cement and Concrete Research. 2008. Vol. 38. № 2. P. 137–158.

Pan Z., He L., Qiu L., Korayem A.H., Li G., Zhu J.W., Collins F., Li D., Duan W.H., Wang M.C. Mechanical properties and microstructure of a graphene oxide-cement composite // Cement and Concrete Research. 2015. Vol. 58. P. 140–147.

Хозин В.Г., Абдрахманова Л.А., Низамов Р.К. Общая концентрационная закономерность эффектов наномодифицирования строительных материалов // Строительные материалы. 2015. № 2. С. 25–33.

Опубликован
2018-12-24
Выпуск
Раздел
Технические науки