Наномодифицирование цементных композитов на технологической стадии жизненного цикла
Автор: Чернышов Евгений Михайлович, Артамонова Ольга Владимировна, Славчева Галина Станиславовна
Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Рубрика: Строительное материаловедение
Статья в выпуске: 3 т.12, 2020 года.
Бесплатный доступ
В статье рассматриваются теоретические основы принципов наномодифицирования строительных композитов и концептуальные модели наномодифицирования с точки зрения эволюционного маршрута образования твердой фазы в зависимости от кинетики гетерогенных процессов. В работе определены основные факторы наномодифицирования цементных систем твердения на всех этапах технологической стадии жизненного цикла в соответствии с эволюционным маршрутом. Влияние наноразмерных частиц (НРЧ) как одного из главных факторов заключается в следующих механизмах их действия: а) непосредственное химическое участие НРЧ в гетерогенных процессах фазообразования гидратных соединений, б) каталитическая роль НРЧ как центров кристаллизации, в) повышение плотности упаковки системы сложения дисперсных частиц, г) зонирование структуры твердения. Обоснованы концепции и арсенал средств наномодифицирования в технологиях строительных композитов. С целью оценки эффективности принципов наномодифицирования исследованы кинетика гидратации, фазовый состав, микроструктура, реология и прочностные характеристики цементных систем твердения. Показано, что использование наномодификаторов повышает пластичность цементного теста, ускоряет процессы гидратации цемента в 9-28 раз и повышает прочность цементного камня в 1,5-2 раза. Все это позволяет снизить производственные затраты на всех стадиях технологического цикла получения цементных композитов.
Наномодифирование, наночастицы, эволюционный маршрут, технологический жизненный цикл, свойства цементных композитов
Короткий адрес: https://sciup.org/142223764
IDR: 142223764 | УДК: 666.972.16 | DOI: 10.15828/2075-8545-2020-12-3-130-139
Nanomodification of cement-based composites in the technological life cycle
The paper reviews the theoretical framework of nanomodification principles of building composites and the conceptual model of the nanomodification from the point of view of the evolutionary model of the solid phase formation depending on the kinetics of heterogeneous processes. According to the route, the main factors of the cement system nanomodifcation were identified for all stages of the technological life cycle. These are associated with the nano-sized particles playing the role of a) structure-forming nuclei, b) substrates for crystallization, c) centers of new formation zoning in the matrix substance of the material, d) nano-reinforcing matrix element. The concepts of the nanomodification and technological tools of the nanomodification of building composites are substantiated. Their hydration kinetics, phase composition, microstructure, rheology and strength characteristics are investigated in order to evaluate the efficiency of the nanomodification principles. It is shown that the use of the nanomodifiers enhances the ductility of cement paste, accelerates cement hydration processes by 9-28 times, and increases strength by 1.5-2 times. This will reduce the cost of flow, casting and hardening processes in the technological life cycle of cement-based composites.
Текст научной статьи Наномодифицирование цементных композитов на технологической стадии жизненного цикла
Список литературы Наномодифицирование цементных композитов на технологической стадии жизненного цикла
- Sanchez F., Sobolev K. Nanotechnology in concrete - A review. Construction and Building Materials. 2010. V. 24. Pp. 2060-2071. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2010.03.014
- Reches Y. Nanoparticles as concrete additives: Review and perspectives. Construction and Building Materials. 2018. V. 175. Pp. 483-495. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.04.214
- Paul S. C., Rooyen A. S., Gideon P.A.G. van Zijl et al. Properties of cement - based composites using nanoparticles: A comprehensive review. Construction and Building Materials. 2018. V. 189. Pp. 1019-1034. 10.1016/i. conbuildmat.2018.09.062. DOI: 10.1016/i.conbuildmat.2018.09.062
- Norhasri M.S., Hamidah M.S., Fadzil A.M. Applications of using nano material in concrete: A review. Construction and Building Materials. 2017. V. 133. Pp. 91-97. DOI: 10.1016/i.conbuildmat.2016.12.005
- Rai S., Tiwari S. Nano Silica in Cement Hydration. Materials Today. 2018. V. 5. Pp. 9196-9202. 10.1016/i. matpr.2017.10.044. DOI: 10.1016/i.matpr.2017.10.044
- Чернышов Е.М., Артамонова О.В., Славчева Г.С. Концепции и основания технологий наномодифицирования структур строительных композитов. Часть 3. Эффективное наномодифицирование систем твердения цемента и структуры цементного камня (критерии и условия) // Строительные материалы. -2015. - № 10. - С. 54-64.
- DOI: 10.31659/0585-430X-2015-730-10-54-63
- Чернышов Е.М., Артамонова О.В., Славчева Г.С. Наномодифицирование систем твердения в структуре строительных композитов (монография). - Воронеж. Научная книга, 2016. - 132 с.
- Artamonova O.V., Slavcheva G.S., Chernyshov E.M. Effectiveness of Combined Nanoadditives for Cement Systems. Inorganic Materials. 2017. V. 53. Pp. 1080-1085.
- DOI: 10.1134/S0020168517100028
- Artamonova O.V., Slavcheva G.S., Shvedova M.A. Effectiveness of nanotubular additives in the modification of cement systems. Inorganic Materials. 2020. V. 56. Pp. 105-110.
- DOI: 10.1134/S0020168520010021
- Артамонова О.В. Синтез наномодифицирующих добавок для технологии строительных композитов (монография). - Воронеж: Воронежский ГАСУ, 2016. - 100 с.
- Мелихов И.В. Физико-химическая эволюция твердого вещества. - М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2009. - 309 с.
- Bullard J., Livingston J., et al. Mechanisms of cement hydration. Cement and Concrete Research. 2011. V. 41. Pp. 1208-1223.
- DOI: 10.1016/i.cemconres.2010.09.011
- Toutou Z., Roussel N., Lanos C. The squeezing test: A tool to identify firm cement-based material's rheological behaviour and evaluate their extrusion ability. Cement and Concrete Research. 2005. V. 35. Pp. 1891-1899.
- DOI: 10.1016/i.cemconres.2004.09.007
