Ученые Национального исследовательского технологического университета МИСИС представили инновационный метод модификации алюминатно-кальциевого цемента, который широко используется в огнеупорном производстве и специальном строительстве. В Минобрнауки РФ рассказали, что исследователям удалось значительно упрочнить материал и снизить его пористость за счет введения в состав нанолистов оксида графена. Этот шаг позволит в перспективе удешевить производство огнеупорных материалов для металлургической и химической отраслей, а также повысить надежность конструкций, работающих в условиях высоких температур и агрессивных сред.
Алюминатно-кальциевый цемент ценят за высокую термостойкость и устойчивость к химикатам, однако в процессе гидратации в его структуре могут образовываться поры, которые приводят к снижению прочности. Решением этой проблемы стала добавка нанолистов оксида графена. Эти двумерные наноматериалы, получаемые из насыщенных кислородом графеновых листов, содержат на поверхности функциональные группы, которые улучшают дисперсию в цементной матрице и ускоряют химические реакции.
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.
По словам ведущего эксперта НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС, кандидата технических наук Вероники Суворовой, поверхность нанолистов имеет отрицательный заряд и активно притягивает ионы кальция, высвобождающиеся при гидратации. Эти ионы становятся центрами кристаллизации, где формируются гидратные фазы. Образующиеся пластинчатые структуры эффективно закрывают пустоты в материале, что и приводит к уплотнению структуры и росту прочности. Дополнительным преимуществом стало то, что наночастицы препятствуют распространению микротрещин и повышают эффективность передачи нагрузки внутри материала.
Ранее в России ученые синтезировали материал для «умного» бетона.
