Сайт о нанотехнологиях #1 в России. Молекула цемента


Физики расшифровали структуру цемента | Нанотехнологии Nanonewsnet

Учёные разгадали множество тайн микромира, океана и космоса, но при этом никто отчего-то не обратил внимание на самый распространённый материал из когда-либо созданных человеком. А группа исследователей из Массачусетского технологического (MIT) взялась и расшифровала трёхмерную структуру цементных гидратов — веществ, определяющих прочностные и другие свойства основного строительного материала.

Гидраты образуются, когда цементный порошок смешивается с водой. Постепенно получающаяся паста довольно быстро затвердевает. Химикам и строителям было известно, что в ходе этого процесса появляются различные структуры, но никто не исследовал их на молекулярном уровне.

Ранее учёные полагали, что гидратированный цемент (а именно гидраты кальция кремния, обозначающиеся C-S-H) на атомном уровне напоминает строение редкого минерала тоберморита (tobermorite). Внутри него слои бесконечных цепочек тетраэдрических молекул кремния перемежались со слоями оксида кальция и выстраивались в упорядоченную структуру.

Но учёные из MIT показали, что в застывшем цементе всё обстоит несколько сложнее. Прежде всего гидраты кальция кремния не являются кристаллами в чистом виде, а представляют собой некий гибрид кристаллической и аморфной составляющих.

Молекулярная модель C-S-H. Голубым и белым цветом показаны атомы кислорода и водорода в молекуле воды, зелёным и серым – ионы кальция (внутрислойные и межслойные), жёлтыми и красными палочками – атомы кремния и кислорода в тетраэдрах (иллюстрация PNAS)

В двухмерном пространстве один базовый элемент гидратированного цемента содержит некоторые отклонения от «нормы» (тоберморита). В слоях треугольников (кремниевых тетраэдров) каждый третий, шестой и девятый из них отклонены от горизонтальной оси вверх или вниз (в сторону соседних слоёв оксида кальция).

В образовавшихся «дырах» (в слоях оксида кальция) располагаются молекулы воды, они-то и придают застывшему цементу его прочность. То есть «недостатки», возникшие на микроуровне, приводят к изменению свойств материала уже на макроуровне.

Вода ослабляет тоберморит или дженнит, но укрепляет цемент. Теперь, когда у нас есть молекулярная модель системы, мы можем управлять химическими свойствами материала, варьировать его прочность и влияние на окружающую среду, можем сделать его более устойчивым к давлению и высоким температурам, — говорит один из исследователей Франц-Йозеф Ульм (Franz-Josef Ulm) в пресс-релизе MIT.

Он имеет в виду моделирование на атомистическом уровне, которое собственно и позволило установить истинное строение C-S-H. 260 процессоров пришлось соединить воедино профессору Роланду Пелленку (Roland Pellenq), чтобы провести моделирование образующейся структуры по методу Монте-Карло.

Пелленк поначалу извлёк из базового элемента тоберморита все молекулы воды, затем посмотрел, как при этом перестроилось геометрическое строение минерала. Потом учёный стал добавлять молекулы по одной обратно, каждый раз обсчитывая получающуюся структуру. На 104 молекуле воды компьютерный гидрат заполучил ту же атомную массу, что и его реальный прототип. Таким образом Пелленк убедился, что перед ним структура базового элемента C-S-H.

В статье, опубликованной в открытом доступе в PNAS, авторы приводят данные рентгеновской дифракции образцов цемента и тоберморита, а также просчитанные для смоделированной структуры гидрата цемента (иллюстрация PNAS)

Мы надеемся, что наша работа будет первым шагом на пути подробного изучения молекулярной структуры цементных гидратов, что она пригодится другим учёным в их работе, — говорит ещё один участник нынешнего исследования профессор Сидни Ип (Sidney Yip). Он также нескромно сравнивает достижение своей группы с расшифровкой структуры ДНК, которая стала новой ступенькой развития науки и основой многих открытий.

Цемент так широко используется в строительстве, что в ближайшее время вряд ли от него откажутся насовсем, – считает Ип.

Однако общемировое производство цемента определяет около 5% выбросов CO2 в атмосферу. Новое исследование, возможно, повлияет на работу других учёных в этой области. Это может привести как к снижению выбросов парниковых газов, так и к улучшению свойств самого цемента.

www.nanonewsnet.ru

учебное пособие химия цемента

- 79 -

клинкера, тонкостью помола цемента. Внедрение в кристаллическую решетку С3S примесных ионовВа2+, Сd2+, Mn3+, Mg2+, Na+, Ti+ и др., а также

наличие в твердом растворе трехкальциевого силиката оксидов Cr2O3, NiO увеличивает количество активных центров, а внедрение в анионную подрешетку клинкерных минералов ионовS6+, Ti4+, Al3+ вызывает дополнительные количества катионных и анионных вакансий и, соответственно, повышает концентрацию «дырок» и электронных носителей

зарядов.

 

 

 

 

Концентрация

дефектов

экспоненциально

увеличивается

с

уменьшением размера частиц цемента, поэтому высокие скорости гидратации тонких фракций цемента связаны не только с их высокой удельной поверхностью, но и с более высокой концентрацией активных центров на этой поверхности. По ряду оценок различных ученых на 1 см2

поверхности высокой активностью обладают 1012-1013 атомов (из имеющихся

1014-1015).

Активные центры имеют не только электростатическую ненасыщенность, но и особую структуру, для которой характерны «болтающиеся» на поверхности атомные орбитали. Они могут появляться в результате разрыва ковалентной компоненты связей в кремнекислородных тетраэдрах [SiO4]4-,которые составляют основу силикатных материалов.

Характеризуя поверхность цементных частиц, необходимо обратить внимание также на их полиминеральность. С химической точки зрения она представлена атомами кальция, кремния, железа, алюминия и кислорода. Причем, общее количество атомов кислорода оказывается больше суммы остальных атомов у C2S или равным уC3S; дляC3A это отношение меньше единицы.

Если учесть тот факт, что размеры атомов кремния и алюминия существенно меньше, чем атома кислорода, становится ясным, что в основном твердая поверхность будет «покрыта» атомами кислорода и в меньшем количестве – атомами кальция. Соотношение между ними обычно составляет 0,5-0,75в пользу атомов кислорода. Отсюда следует вывод, что поверхность цементных зерен заряжена отрицательно. Такая роль кислорода приводит к «забиванию» донорных уровней, снижает концентрацию адсорбированных молекул воды и тормозит развитие процессов гидратации, прежде всего, белита, который является самым медленно твердеющим минералом цементного клинкера.

Плотность «посадки» молекул и ионов адсорбированной воды на локализованной поверхности цементного зерна можно повысить за счет изменения количества воды в твердеющей системе, введения химических добавок, в том числе - поверхностно-активныхвеществ, изменения температуры всей системы, электрических, магнитных, ультразвуковых воздействий.

Для вяжущих гидратационного твердения возможны два случая их взаимодействия с водой: первый, когда твердая фаза растворяется в воде не-

- 80 -

посредственно (например, гипс), и второй, относящийся к вяжущим, полученным обжигом до спекания (клинкерные минералы). Последний представляется учеными как перевод в жидкость (растворение) продуктов взаимодействия жидкости с минералами клинкера на поверхности (и в порах) зерна цемента, то есть во втором случае растворение идет за счет промежуточных топохимических реакций. Отстаивая возможность топохимического механизма растворения, известный ученый в области вяжущих веществ Ф.М.Ли приводил в свое время следующую достаточно убедительную мысль: «Нельзя говорить, например, о растворимости в воде трехкальциевого или двухкальциевого силикатов, так как она не представляет собой определенной физической величины: не существует водного раствора, в котором эти соединения могли бы находиться, оставаясь в равновесии, или из которого они могли бы выделяться».

Перевод вяжущего вещества в раствор в первом случае осуществляется за счет реакции растворения, основой которой является взаимодействие растворителя (обычно полярная жидкость – вода) с частицами твердой фазы

– так называемая поверхностная гидратация ионов. При этом происходит разрыв связи катион-кислород(например,Са-О)за счетион-дипольноговзаимодействия полярных молекул воды.

Во втором случае процессу растворения (разрыву связей) предшествует топохимическая реакция перевода нерастворимого вещества в растворимое в воде. Здесь уже поляризационного воздействия молекул воды недостаточно для разрыва более сильных связей с большей долей ковалентности. Поэтому в действие вступает механизм протонизации поверхности клинкерных минералов. Появление протонаН+, имеющего среди всех известных ионов самый минимальный заряд и самую минимальную массу, вызвано незначительной, но достаточной диссоциацией молекул воды на границе раздела твердой и жидкой фаз. Способность воды к передаче протонаН+ определяется, прежде всего, степенью ионности связиМе-О в кристалле, которую можно оценить значением электроотрицательности металла, и в меньшей степени это зависит от структуры кристаллической решетки. Миграция протонаН+ внутрь кристалла с заменойО2- наОН- получила название протонизации.

В настоящее время считается признанным тот факт, что начальной стадией растворения при гидратации клинкерных минералов является топохимическое взаимодействие протона с ионами кислорода в кристаллической решетке с образованием гидроксидного иона ОН- или молекулы воды (работы В.В.Данилова, Л.Г.Шпыновой и др.). Схематично это можно записать так

МеО + Н+

Ме(ОН)+пов. или

 

МеО + 2Н+

Ме2+пов. + Н2О.

(24)

- 81 -

Иными словами, протонизация оксидного иона нарушает связи в кристаллической решетке, и ионы металла (например, Са2+) переходят под влиянием сил гидратации в раствор. Установлено, что такой характер растворения (с использованием протонизирующего агента) справедлив для соединений магния (электроотрицательность катионаMg2+= 1,2), кальция (электроотрицательностьСа2+= 1,0) и бария (электроотрицательностьВа2+= 0,9). Оксиды алюминия и кремния водой не протонизируются (их электроотрицательности соответственно равны 1,5; 1,8) и растворяются не ионно, а молекулярно (их ионное растворение имеет место в водных растворах щелочей).

Таким образом, как металлы образуют ряд по способности к окислению, так и оксиды металлов образуют ряд по способности к присоединению протона. Эта способность характеризуется минимальным значением рН, необходимым для разрыва связиМе-О,что в равной степени относится как к оксидам, так и к их соединениям типа силикатов, алюминатов (двойных оксидов). В случаеMgO, CaO, двойных оксидов концентрация протона в системе, оцениваемаярН =10-11,достаточна для разрыва связиМе-О,и здесь протонизирующим фактором может служить вода. В других случаях (например, для фосфатных вяжущих) перевод оксида в раствор возможен только при более высоких концентрациях протона. Для этого в воду необходимо добавлять кислоту. Так, например, затворителем для фосфатных вяжущих служит ортофосфорная кислота.

Схему передачи протона двойному оксиду – -С2S можно представить

как:

2СаО . SiO2 (или Са2SiO4) + H+

Ca2SiO3OH+пов.

(25)

Втаких оксидах существует более сложная связь Са-О-Ме1,гдеМе1 – более электроотрицательный металл, чем кальций. Степени ионности здесь

взаимосвязаны: с увеличением электроотрицательности Ме1, начиная с кальция, электроотрицательность которого равна единице, степень ионности связиСа-О возрастает. Но, несмотря на это, способность оксидного иона к протонизации будет уменьшаться, так как с увеличением

электроотрицательности Ме1 одновременно возрастает ковалентность связиСа-О-Ме1 и поэтому анион переходит в раствор в неизменном виде.

Вряду Са-О-Са,Са-О-Al,Ca-O-Fe,Ca-O-Siпри ионном механизме растворения активность двойного оксида по отношению к воде должна возрастать, в то время как для топохимической реакции передачи протона активность должна падать. С этой точки зрения С3Sгидравлически более

активен, чем -С2S,поскольку для первого более характерна связьСа-О-Са. Поэтому некоторые ученые считают возможным конгруэнтное

растворение С3S в первые моменты его контакта с водой по схеме:

С3S + 3h3O

3Ca2+ + h3SiO42- +4OH-.

(26)

- 82 -

Для перевода ионов Са2+ в раствор не требуется протонизация всех оксидных ионов, так как при гидратации клинкерных минералов появление на поверхности гидроксидного иона, связанного с кремнием, вызывает перестройку других кремнекислородных связей, которая состоит в их поляризации и упрочнении. В результате это приводит к образованию двойных связейSi = O. Перестройке способствует также отсутствие прочных силоксановых связейSi-O-Si и искаженность силикатных тетраэдров в кристаллических решетках минералов - силикатов.

При гидратации С3А топохимическая реакция протонизации должна идти глубже, поскольку электроотрицательность алюминия меньше, чем кремния, и поэтому межфазный процесс протекает легче. Отмечено также, что в случае гидратацииС3А, помимо топохимической передачи протонаН+, идут процессы образования гидроксилалюминатных комплексов, что обуславливает автокаталитический характер гидратации этого минерала.

Таким образом, можно говорить о гидролизе С3S и других клинкерных

минералов, разрыве связей типа Са-О-Si,

развития ионного обмена,

приво-

Са2+

2Н+ ,

(27)

дящего к переходу части структурных единиц кристаллов (Са2+, Al3+, Mg2+, Na+, K+ и др.), а также гидратированных ионовСа(ОН)+, (h3SiO4) 2- в водный раствор, к его насыщению и пересыщению.

Сам процесс растворения может рассматриваться как разрушение поверхности клинкерных частиц, как многостадийный процесс, состоящий из подвода растворителя к твердой поверхности, собственно химической реакции на границе раздела «твердое тело-жидкость»и отвода в объем жидкости молекул или ионов, образующих раствор.

Подводя итог вышесказанному, можно представить механизм гидратации клинкерных минералов, как включающий в себя следующие процессы:

адсорбцию полярных молекул воды на поверхности кристаллов с частичным электролитическим разложением молекул воды на ионы Н+ иОН-;

взаимодействие этих ионов и молекул воды с активными центрами поверхности кристаллов с образованием хемосорбционных связей;

развитие ионного обмена типа Са2+ 2Н+ (протонизация), приводя-

щего к переходу определенной части структурных единиц кристаллов (Са2+, Al3+, Mg2+, Na+, K+ и др.) в водный раствор;

присоединение Н+ иОН- ,а также полярных молекул воды к другим

структурным единицам кристаллов с образованием первичных зародышей новой фазы – гидратов (СaO)х . (SiO2)y. ( h3O)z ,Са(ОН)2 и др.;

интенсивный переход в раствор, наряду с обменными ионами,

гидратированных ионов Са(ОН)+, (Н2SiO4)2- и т.п., приводящий сначала к насыщению, а затем к пересыщению водного раствора соответствующими ионами, в результате чего осуществляется выкристаллизовывание новой фазы в объеме и на поверхности.

- 83 -

6.3.1.2. Общие представления о механизме образования новых фаз при взаимодействии цемента с водой

Переход в раствор ионов кальция Са2+, гидратированных ионов кальцияСа(ОН)+ приводит к образованию в поверхностном слое клинкерного зерна гидроксилированного, обогащенного кремнеземом слоя. Переход ионовSi4+ в раствор под влиянием «захвата» гидроксильного иона маловероятен при тех значенияхрН, которые свойственны процессам гидратации (рН 11,5), поэтому на поверхности алита, белита всегда сохраняется «скелет» из кремнекислородных ионов (кремнегель). Однако, протонизация оказывает свое влияние и на силу связей в кремнекислородных тетраэдрах, ослабляя их. В результате происходит перестройка слоя силикатных ионов кремнегеля, которые начинают вступать во взаимодействие с ионамиСа2+. Продуктом такого взаимодействия является новая фазаС-S-H,представляющая собой гидросиликаты кальция.

Учитывая то, что в составе жидкой фазы кроме ионов кальция находятся ионы алюминия, железа и др., можно принять, что образование гидроалюминатов, гидроферритов кальция протекает по механизмам, близким к вышеописанному, как результат химического взаимодействия продуктов гидролиза игидратации.

Исследования ионной силы раствора в твердеющей системе «цементвода» показывают, что она изменяется циклически. Это указывает на определенный порядок образования новых фаз. В целом этот процесс должен идти в направлении понижения значений термодинамического потенциала так, что вероятность более устойчивого существования каждой последующей фазы должна быть выше, чем предыдущей.

6.3.1.3. Термодинамический аспект образования новых фаз

При соприкосновении тонкоизмельченных, находящихся в метастабильном состоянии, компонентов вяжущих веществ с водой (или с водным раствором) создаются условия для физико-химическойдиспергации частиц, собственно химической реакции гидратации, появления пересыщенных систем и образования термодинамически более устойчивых соединений –

гидратов.

Последовательность и продолжительность появления новых структур определяется термодинамической вероятностью взаимодействия исходных фаз. В тот момент, когда вода соприкасается с неустойчивой решеткой минералов вяжущего вещества, решетка претерпевает перестройку, которая в одних случаях происходит достаточно интенсивно (когда вещество растворяется), в других случаях этот процесс осуществляется ограниченно – с поверхности.

Обширные исследования по термодинамическому анализу, выполненные О.П.Мчедловым-Петросяном,показали, что при переходе

- 84 -

соединений из безводного состояния в гидратированное изменяется средняя энергия связи (Са-О)и в целом наблюдается выигрыш в энергии. Кроме того, расчеты показали, что реакциям гидратации соответствует отрицательное значение свободной энергии Гиббса -G, что говорит о больших движущих силах, обеспечивающих самопроизвольный характер этих процессов. В табл.13 представлены данные термодинамических расчетов при условии получения в качестве продуктов реакций взаимодействия вяжущих с водой наиболее устойчивых соединений. Для сравнения представлены также характеристики соединений, не обладающих вяжущими свойствами или проявляющих их слабо в обычных условиях твердения( -СS, -С2S).

Таблица 13

Расчетные значения свободной энергии G и выигрыш энергии на связи Са-О

Безводные

 

Гидраты

G,

Выигрыш

соединения

 

 

 

 

кДж/моль

энергии на связи

 

 

 

 

 

 

 

Са-О,кДж/моль

3СаО . SiO2

2CaO . SiO2

.

1,17h3O

- 78,3

31,6

-2СаО . SiO2

2CaO . SiO2

.

1,17h3O

- 5,86

20,27

3CaO . Al2O3

3CaO . Al2O3

. 6h3O

- 234,6

58,24

 

CaO

Ca(OH)2

 

 

- 55,3

54,6

CaSO4

. 0,5h3O

CaSO4

.2h3O

 

- 5,74

42,7

-2СаО . SiO2

2CaO . SiO2

.

1,17h3O

- 2,93

19,2

-СаО . SiO2

2CaO . SiO2

.

1,17h3O

+ 20,5

5,86

Из табл.13 следует, что способность соединений к гидратации зависит как от величины и знака G , так и от выигрыша в энергии, который получается в результате реакции и который вкакой-томере позволяет судить

оспособности веществ создавать устойчивое пересыщение, необходимое для зарождения новой фазы.

Расчеты изменения энтропии – меры энергетического беспорядка в системе, по которой можно судить о направлении процесса, свидетельствуют

отом, что реакции гидратации вяжущих веществ сопровождаются ее уменьшением. Следовательно, можно сделать вывод о том, что процессы гидратации приводят к получению более устойчивых, более упорядоченных

соединений. В среднем значение энтропии, приходящееся на 1 моль воды, составляет для вяжущих гидратационного твердения – 36,45 кДж/(моль.К).

Эта величина по своему значению близка к значению энтропии при переходе воды в лед, то есть в твердое состояние (- 34,1 кДж/(моль.К)).

Отмеченное позволяет судить о силе связи воды в гидратированных соединениях и сделать вывод о том, что в энтропийном отношении процесс гидратации является процессом связывания воды и превращения ее в составе новообразований в псевдотвердую фазу.

- 85 -

Краткие обобщения по процессам гидратационного твердения цемента на атомно-молекулярномуровне

Выполненный нами анализ процессов гидратационного твердения на атомно-молекулярномуровне, а также другие, не приведенные здесь(из-заограниченного объема пособия) результаты исследования влияния других факторов, дают основание для следующих обобщений.

Непосредственным объектом анализа явилась неравновесная химически активная система, представленная минералами цементного клинкера в контакте с водой. Атомно-молекулярныйуровень иерархии твердеющей системы характеризуется взаимодействиями между атомами, свободными радикалами, молекулами, ионами,ионами-радикалами,комплексами различного состава и строения.

Химические реакции рассматриваются как совокупность актов разрыва

иобразования новых химических связей, обусловленных преодолением потенциальных энергетических барьеров, действием различных внутренних

ивнешних причин, к которым можно отнести химическую индукцию, химическое инициирование (через химические добавки), влияние окружающей среды (барометрическое, тепловое, влажностное, реагентное, гравитационное, электромагнитное, электрозвуковое и др.) Скорость химического превращения определяется кинетическими характеристиками процессов как факторов вероятностного взаимодействия частиц, обладающих энергией, достаточной для преодоления критического потенциального барьера, а также обладающих определенным уровнем энтропии (энтропийным фактором). В конечном итоге имеет место «отбор» таких морфологических форм гидратов, которые в наибольшей степени приспособлены к функционированию вяжущей системы.

6.3.2. Процессы гидратационного твердения, протекающие в масштабе зерна цемента

6.3.2.1. О состоянии и роли воды затворения

Портландцемент и его разновидности мы с полным основанием можем относить к классу дисперсно-зернистых материалов, то есть таких материалов, в которых доля тонкодисперсных частиц (примерно микронных размеров) велика и, соответственно, велико их влияние на поведение всей системы. Речь идет, прежде всего, о большой суммарнойповерхностной энергии этих частиц, обусловленной высокими значениями их удельной поверхности.

При соприкосновении цементных зерен с водой затворения

определенная ее часть переходит в поверхностно-адсорбционноесостояние,

обладающее значительной энергией связи.

- 86 -

Для химически инертных по отношению к воде порошков главной причиной формирования адсорбционных слоев воды считают физическое притяжение молекул воды относительно поверхности твердой фазы. Поверхностные силы со стороны твердой фазы имеют несколько составляющих: дисперсионную илимолекулярную, электростатическую, структурную.

Дисперсионные силы относят к близкодействующим. Их можно рассматривать как равнодействующую сил межчастичного притяжения и броуновских сил отталкивания.

Электростатические силы – дальнодействующие. Они обеспечиваются ионными и дипольными взаимодействиями.

Причиной адсорбции, близкой к физической, может быть также образование водородной связи, В частности, такая связь возникает при адсорбции на поверхности частицы, содержащей гидроксильные группы.

Если поверхность твердой фазы химически активна по отношению к воде, то дополнительно возникают более прочные связи химической природы. Адсорбционную воду, обладающую такого рода связями, называют

хемосорбционной.

Взависимости от преобладания тех или иных видов сил общую энергию связи воды на поверхности зерен цемента ученые оценивают в

200…800 Дж/г и выше.

Слой адсорбционной воды на поверхности зерна по толщине неоднороден; наибольшую толщину имеет в окрестностях активных центров.

Втерминах коллоидной химии сферы связанной воды на зернах цемента называют сольватными оболочками. В терминах механики дисперсных систем такую воду называютпленочной. На наш взгляд термин «сольватные оболочки» лучше подходит для сильно оводненных систем«цемент-вода»,при низком содержании воды термин «пленочная вода» более понятен, особенно при анализе напряженного состояния влажной дисперсии. Используется также более нейтральный термин – «граничный слой воды».

Многочисленные опыты показывают, что вода в граничном слое на зернах цемента жестко структурирована за счет диполей. Это вполне объяснимо, если учесть, что поверхность зерна цемента имеет четко выраженную электроотрицательность.

Исследования и расчеты показывают, что толщина граничного слоя воды на зернах кварца составляет 8-10нм, а на зернах цемента она может достигать 100 нм и более (до 1000 молекулярных слоев воды). Наиболее прочно связанной является вода в слоях, близких к поверхности твердой фазы, толщиной около 1 нм.

Всоответствии с положениями коллоидной химии, касающимися сольватных оболочек, мы с полным основанием можем говорить о поляризации сольватных оболочек на зернах цемента, о существовании двойного электрического слоя (ДЭС), об электрокинетическом потенциале, о

- 87 -

диффузном слое, то есть распространении слабой поляризации на окружающую зерно цемента условно несвязанную воду.

Как и в коллоидных системах, в системе «цемент-вода»наблюдается сжатие сольватных слоев при концентрационных (за счет введения химических реагентов), тепловых, электромагнитных воздействиях.

Вода в пограничных слоях по своим свойствам значительно отличается от обычной объемной воды (в цементном тесте она заполняет межзерновые поры и капилляры). В частности, плотность адсорбционной воды по некоторым оценкам достигает 1,1 г/см3; упругость достигает показателя упругости, характерного для твердых тел. Очень важной особенностьюповерхностно-связаннойводы является ее низкая растворяющая способность. В связи с этим весьма показательны экспериментальные результаты, полученные проф. Е.И.Шмитько. Им исследовалась степень гидратации цемента, совершенство структурных характеристик гидратных новообразований в зависимости от содержания воды в твердеющей системе. Оказалось, что при количестве воды, не превышающем ее количества в пленках, гидратационные процессы практически не развиваются; образовавшиеся при этом новые фазы имеют весьма несовершенную структуру. И лишь при наличии в системеобъемно-капиллярнойводы (В/Ц 0,06…0,07) гидратационные и структурообразующие процессы развиваются нормально.

Исходя из таких результатов, мы считаем правомерным утверждение ряда ученых и специалистов о том, что жестко структурированный поляризованный слой пленочной воды в процессах гидратации и твердения выполняет, в основном, транспортные функции, обеспечивая передачу заряженных частиц, ионов, молекул, некоторых комплексов к поверхности или от поверхности зерна цемента. Поставщиком же гидратных ионов, растворителем для поступающих от клинкерных минералов частиц являетсяобъемная вода. Поэтому ее присутствие в твердеющей системе обязательно.

6.3.2.2. О причинах и закономерностях образования новых твердых фаз - гидратов

Микроскопические наблюдения за процессом взаимодействия клинкерных минералов с водой на поверхности зерна цемента, проведенные профессором Л.Г.Шпыновой, показали, что вначале происходит конгруэнтное растворение отдельных минералов, которое длится не более 5 с, затем в промежутке времени до одной минуты на зернах цемента образуется первичный гидрат с отношением оксида кальция к оксиду кремния С/S 3, его толщина составляет около 0,8 нм. Затем образуется вторичный гидрат сС/S 2, толщина слоя которого достигает 6 нм. В этом же промежутке времени на поверхности зерна цемента отчетливо обнаруживаются первичные кристаллы гидроксида кальция.

- 88 -

Врезультате первоначальной быстрой реакции на поверхности зерна цемента образуется достаточно плотная пленка новообразований, которая препятствует свободному доступу воды к реакционной поверхности, в результате чего общий процесс замедляется и наступает так называемый индукционный период, в течение которого система не отвердевает и внешне остается как бы неизменной. Но в действительности развитие процессов,

хотя и с небольшой скоростью, продолжается. В частности, в жидкой фазе, окружающей зерно цемента, идет наращивание концентрации ионов ОН-, К+, Na+ и др. (рис.17), которая в итоге достигает равновесного уровня, после чего гидратационные процессы самоускоряются.

Вто же самое время происходит интенсивный рост твердых новобразований под первичной гидратной пленкой. Эти новообразования формируют так называемую (по международной терминологии) внутреннюю сферу «слоя Тейлора» или структуру внутреннего ритма. Твердые новообразования в структуре внутреннего ритма, увеличиваясь в объеме, создают под первичной пленкой напряжения, которые, в конце концов, разрывают ее и тем самым обеспечивают свободный доступ воды к реакционной зоне и вынос продуктов реакции во внешнюю сферу (в жидкую фазу). С этого момента времени процесс гидратационного твердения заметно ускоряется (индукционный период закончился) и начинается формирование из твердых новообразований внешней сферы «слоя Тейлора» илиструктуры внешнего ритма – чешуйчатого, волокнистого, игольчатого строения.

мл

14

 

 

 

 

+

+

 

 

 

 

 

2(К + Na )

ммоль/100

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

SO42-

 

8

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

2OH

 

 

 

 

 

 

Концентрация

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

Са2+

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

5

10

15

20

25

 

 

 

 

 

 

 

180

 

 

 

Время гидратации, мин

 

 

Рис.17. Изменение ионного состава воды в порах твердеющего цементного теста (по данным Ф Лохера и В.Рихартца)

С течением времени образование структур внутренних и внешних ритмов для каждого зерна цемента повторяется, то есть процесс структурообразования протекает циклически, а сфера из новообразований

studfiles.net

Химический состав цемента (молекулы) - 12 Февраля 2009

Химический состав. В отличие от портландцемента, химический состав которого представлен в основном известью и кремнеземом, глиноземистый цемент, кроме оксидов кальция и алюминия, содержит в небольших количествах также оксиды железа, титана, магния и др. Содержание оксидов в глиноземистом цементе характеризуется большими колебаниями, чем в портландцементе, и определяется способом производства клинкера (шлака), а также качеством применяемого сырья. За рубежом путем спекания или плавления в электродуговых печах выпускаются цементы, содержащие Fe203 до 16 мас.

Химический состав цемента — важная характеристика, указывающая на его качество.

Оксид алюминия является основным оксидом, обеспечивающим образование алюминатов кальция. Для получения высокоглиноземистых цементов содержание AI2O3 в смеси должно быть не менее 60%. С увеличением количества оксида алюминия в цементе огнеупорность цемента повышается.

Оксид кальция входит в состав почти всех минералов цемента. Его количество наряду с содержанием AI2O3 обусловливает тот или иной минералогический состав цемента. В глиноземистом цементе содержание СаО составляет 38—42%, в высокоглиноземистом —16—35%. Снижение количества СаО менее 16% предопределяет низкую прочность цементного камня. Содержание СаО в высокоглиноземистом цементе свыше 35% обусловливает образование, наряду с низкоосновными минералами, высокоосновного алюмината кальция состава Ci2A7(12CaO • 7AI2O3).

Количество оксидов железа в цементе обусловливается их содержанием в исходном сырье. Присутствие в цементе 5—10% оксидов железа оказывает благоприятное влияние на процесс минералообразования и на свойства цемента. При количестве Fe203 более 15% качество цемента ухудшается. Предельное содержание Fe203 в глиноземистом цементе не должно превышать 25%.

Однако наличие оксидов железа в высокоглиноземистом цементе вообще нежелательно: в их присутствии снижается огнеупорность цемента, а также ухудшаются технические свойства цементного камня в процессе его службы в составе жаростойкого бетона.

В тепловых агрегатах химической промышленности огнеупорный слой футеровки, соприкасающийся с рабочей средой, должен обладать достаточной устойчивостью к химическому воздействию при высоких температурах газовой среды водорода и оксида углерода.

Восстановительная атмосфера оказывает отрицательное воздействие на футеровку тепловых агрегатов, что выражается в разрушении футеровочных материалов в результате отложения сажистого углерода и изменения в объеме соединений железа, образующихся в результате взаимодействия оксида углерода и водорода с Fe203.

Процесс восстановления оксидов железа твердым углеродом осуществляется в две стадии:С + С02 = 2СО; Fe203 + 2СО = 2Fe + 2C02.

Последующее взаимодействие Fe с С приводит к образованию РезС. Кристаллизация этого соединения сопровождается значительным увеличением в объеме, приводящем к разрушению структуры материала. Поэтому количественное содержание Fe203 в высокоглиноземистом цементе ограничивается 2%, а в особочистом высокоглиноземистом цементе — 0,2%.

Диоксид кремния также отрицательно влияет на качество цемента вследствие образования негидратирующегося цемента 2СаО • А12Оз • Si02. Более высокой прочностью обладает глиноземистый цемент, в котором содержание Si02 менее 10%. При этом количество СаО должно подбираться в зависимости от содержания SiQ2:

Если СаО в составе цемента меньше 31%, то даже при небольшом содержании Si02 (~6%) прочность цемента будет невысокой.

Отношение А^Оз/ЗЮг является важнейшей характеристикой состава глиноземистого цемента. При А120з/8Ю2 = 2 качество глиноземистого цемента низкое.

В восстановительной среде Si02 взаимодействует с оксидом углерода и углеродом с образованием SiO и Si. Оксид кремния может реагировать с парами воды с образованием гидратов Si(OH)4 или Si(OH)6. Выделение кремния и образование указанных гидратов приводит к внутренним напряжениям в бетоне и разрушению футеровки.

В связи со сказанным количество Si02 в составе высокоглиноземистых цементов ограничивается 5%, а в особочистом высокоглиноземистом цементе — 1%.Оксид магния понижает температуру плавления и вязкость высокоглиноземистого расплава. По современным представлениям оксид магния в высокоглиноземистых цементах может присутствовать в виде периклаза MgO, акерманита 2СаО • MgO • Si02, или шпинели MgO • AI2O3. При небольшом содержании MgO (до 2—3%) он может войти в твердые растворы с другими минералами.

С увеличением содержания оксида магния в цементе свыше 2% образуется магнезиальная шпинель MgO • AI2O3, что отрицательно сказывается на активности цемента. Однако, ввиду высокой температуры плавления шпинели, равной 2135 °С, такое соединение повышает огнеупорность цемента. Это свойство MgO • AI2O3 используется для получения жаростойких алюми-натно-магнезиальных цементов с огнеупорностью до 1750 °С. В табл. 2.3 показаны свойства этих цементов, выпускаемых в Румынии.

Диоксид титана в высокоглииоземистых цементах присутствует в очень незначительном количестве (менее 0,2%) за исключением цементов, получаемых из шлаков ферротитанового производства. 

Рис. 2.1. Диаграмма состояния системы СаО —А12Оз

Высокоглиноземистый цемент алюминотермиче-ского производства содержит 8—12% ТЮг- Диоксид титана в составе цемента образует перовскит СаО • ТЮг — соединение, не подвергающееся гидратации. Количество ТЮг в цементе не должно быть больше 2%.

Оксиды калия, натрия и содержание Р2О5 (более 1%) отрицательно влияют на качество глиноземистого цемента.

Знание химического состава алюминатного цемента само по себе недостаточно, чтобы судить о свойствах последнего. Важно знать, какие соединения (минералы) образуются из сырьевой смеси, имеющей определенный химический состав, под воздействием термического фактора, т. е. применяемой технологии производства.

Система СаО — АОз. Впервые была изучена Ранкиным и Райтом. В последующих работах предложенная ими фазовая диаграмма изменялась. На рис. 2.1 представлена диаграмма состояния системы СаО —AI2O3 с учетом последних опубликованных данных.

В зависимости от соотношения СаО/АОз в системе СаО — А1203 образуются минералы: ЗСаО • А1203 (С3А), 12СаО • 7А1203 (Ci2A7), СаО • А1203 (СА), СаО • 2А1203 (СА2) и СаО • 6А1203 (СА6).

Трехкалъциевый алюминат СзА является важной составляющей портландцемента, в глиноземистом цементе он не присутствует.

Двенадцатикалъциевый семиалюминат 12СаО • 7AI2O3 (в литературе часто представляется в виде 5СаО • 3AI2O3), по данным многих авторов, имеет две модификации: стабильную форму a = Ci2A7 и нестабильную форму a’ = Ci2A7. Стабильная форма С12А7 характеризуется симметрией, плотностью 2,7 г/см3, твердостью 5 (по шкале Мооса), выкристаллизовывается при 1455 °С. a’ = Ci2A7 отличается тем, что в его элементарной ячейке 2 из 66 атомов кислорода не имеют определенного положения, а распределены статистически.

С12А7 способен поглощать пары воды. Даже при 1400 °С содержание воды в нем составляет 1,4%. Поглощение воды сопровождается изменением параметров решетки, показателя светопреломления двенадцатикальциевого семиалюмината и изменением характера плавления (С12А7, содержащий небольшое количество влаги, принято записывать в виде С12А7Н). В сухом воздухе это соединение плавится инкогруэнтно, разлагаясь при 1374 °С на СА и расплав. В присутствии паров воды С12А7 плавится конгруэнтно при 1391,5 °С. Сложность изучения диаграммы состояния в области состава (мас.) 50А12Оз + 50СаО обусловливает различное мнение авторов относительно температуры и характера плавления С12А7. Характер диаграммы состояния зависит от парционального давления кислорода. В окислительной атмосфере вплоть до 1460±5 °С С12А7 плавится конгруэнтно. В восстановительной атмосфере температура плавления его равна 1480±5 °С. Решетка С12А7 способна включать ионы фтора и хлора с образованием соединения С12А7САХ2, где X есть ОН, F, C1, при этом параметры элементарной ячейки увеличиваются в следующем порядке: фторид — гидрат — хлорид.

Однокальциевый алюминат СаО • AI2O3 относится к много-клинной сингонии. Его структура состоит из тетраэдров [АЮ4] и атомов кальция, нерегулярно координированных с шестью или семью атомами кислорода. Два атома кальция (Са2 и Саз) окружены шестью атомами кислорода, расположенными октаэд-рально с расстояниями Са—О от 0,231 до 0,271 нм. Третий атом кальция (Cai) окружен девятью атомами кислорода.

Особенность структуры СА состоит в том, что Cai расположен в конце вытянутого октаэдра и имеет связи с кислородом от 0,24 до 0,29 нм. С нерегулярной координацией атомов кальция связывают высокую гидратационную активность СА.

Диалюминат кальция СаО • 2AI2O3 (CA2) — соединение моноклинной сингонии, имеет двуосные положительные кристаллы с малым углом между оптическими осями (20 = 12°). В СА2 атомы алюминия тетраэдрально скоординированы кислородом, причем кислород расположен в углу, общем для трех тетраэдров.

Атомы кальция неправильно скоординированы четырьмя Са —О-связями, размер которых превышает 0,35 нм.

САз гидратируется медленно, при повышенной температуре реакция взаимодействия с водой ускоряется.

Гексаалюминат кальция СаО • 6AI2O3 (САб) имеет гексагональную симметрию. Структура аналогична структуре глинозема. Оптические свойства близки к свойствам корунда, кристаллизуется в виде однородных пластин с отрицательным удлинением. САб является инертным минералом, при взаимодействии с водой не гидратируется, поэтому его наличие в цементе снижает прочность цементного камня.

Минералогический состав глиноземистого цемента, содержащего примесные оксиды. В глиноземистом цементе наряду с основными оксидами СаО и AI2O3 всегда присутствуют оксиды железа, кремния, магния, количество которых зависит от состава применяемых сырьевых материалов, поэтому наряду с алюминатами кальция в цементе содержатся и другие фазы.

Кремнезем связывают оксиды алюминия AI2O3 и кальция СаО в геленит 2СаО • AI2O3 • Si02 (C2AS), может образовывать C2S или тройное соединение ЗСаО • 3AI2O3 • Si02, а оксиды Fe203 и СаО —в алюмоферриты кальция различного состава. Оксид магния с AI2O3 образует шпинель MgO • AI2O3. По данным Паркера, в системе СаО — AI2O3 — Si02 — MgO, составляющей глиноземистый цемент, могут присутствовать следующие минералы:Са – C6A4MS – С12А7 – C2S, СА – C6A4MS – C2S — C2AS, СА – C6A4MS – C12A7 – MgO, C6A4MS – C12A7 – C2S – MgO, CA – C6A4MS – C?AS – MA, CA – C6A4MS – MA – MgO, C6A4MS – C2S – C2AS – MA, C4A4MS – C2S – MA – MgO.

Присутствующие в глиноземистом цементе в небольшом количестве РегОз и FeO образуют соединения C2F, C6A2F или твердые растворы с СА, С12А7 и СА2-Геленит 2СаО • AI2O3 • Si02 характеризуется мелилитовой структурой и склонен образовывать многочисленные твердые растворы, плавится при 1590 °С. Он не обладает гидратацион-ной активностью. Однако его твердые растворы проявляют это свойство, что и объясняет противоречивость мнений относительно его скрытой вяжущей способности.

Соединение ЗСаО • 3AI2O3 • Si02 разлагается при 1315 °С на геленит, анорит и шестиалюминат кальция САб, соединения гидратационно неактивные.

Шпинель MgOA^Os — кристаллы кубической сингонии с высоким светопреломлением (N= 1,718), гидратационной активностью не обладает.Феррит кальция C2F характеризуется орторомбической псевдотригональной структурой. Атомы кальция координированы нерегулярно десятью атомами кислорода, что обусловливает гид-ратационную активность C2F.

Алюмоферриты кальция — это твердые растворы в ряду C2F — C8A3F. В составе глиноземистого цемента присутствует C6A2F. Алюмоферриты кальция обладают более слабой гидратационной активностью, чем алюминаты кальция.

В составе высокоглиноземистого цемента указанные выше оксиды находятся в небольшом количестве (до 2—3) в виде твердых растворов с алюминатами кальция, обусловливающих изменение гидратационной активности алюминатов кальция.

С12А7 характеризуется быстрым схватыванием, но невысокой прочностью. Внедрение в его решетку ионов Fe3 + , Ti4+ удлиняет период схватывания и повышает прочность цементного камня.

СА обладает высокой гидратационной активностью. Он способен образовывать твердые растворы с моноферритом и монохромитом кальция. Внедрение Si и Fe в решетку СА повышает его гидратационную активность, однако неясно: является ли это обстоятельство положительным фактором для СА. Исходя из анализа сведений по быстрогидратирующимся, но обусловливающим низкую прочность цементного камня минералами С12А7 и СзА, можно ожидать, что увеличение гидратационной активности СА приведет к напряжениям в структуре цементного камня. Следовательно, общепринятое мнение о необходимости повышения гидратационной активности портландцементных клинкерных минералов путем их модифицирования применительно к моноалюминату кальция может оказаться неверным.

Внедрение в решетку медленно гидратирующегося минерала СА2 трехвалентных ионов (Cr3 + , Mn3 + , Fe3 + ) увеличивает скорость гидратации. При этом СА.2 приобретает высокую прочность и в ранние сроки твердения. Ускоряет скорость гидратации СА2 также наличие в его решетке ионов щелочных металлов.

monolit.vustuge.ru

Бетон будущего создается на молекулярном уровне

Применение нанотехнологий в производстве цемента и бетона позволит не только получать высококачественный продукт нового уровня, но и избавиться от дефицита, считают специалисты.

За открытие наночастицы фуллерена в 1984 г. американским ученым спустя 12 лет присудили Нобелевскую премию по физике. Фуллерен – полая частица, похожая на оболочку футбольного мяча, состоящая из 20 шестиугольных углеродных циклов и 12 пятиугольных с общим количеством атомов углерода, равным шестидесяти, – стал знаковой фигурой нанотехнологий – НТ.Сейчас в наибольших масштабах нанотехнологии используют в электронике, биологии, медицине, энергетике, охране природы, материаловедении. Но одна из самых многообещающих сфер применения НТ – производство строительных материалов нового поколения. Уже сегодня в мире при помощи НТ производят цемент, керамику, металлические сплавы, пластмассы, лакокрасочные и многие другие материалы с уникальными свойствами. Однако в России таких производств почти нет. Наше государство только начинает обращать внимание на развитие нанонауки, тогда как в США, Японии и Европе она давно уже стала приоритетной. Отставание от того уровня внедрения нанотехнологий, которое уже сегодня существует на Западе, специалисты оценивают в 10–15 лет.

Проникновение в молекулу

Тем не менее российские ученые уже долгое время работают в сфере нанотехнологий. Опубликован ряд исследований по применению их в производстве стройматериалов, и в том числе бетона.– Развивая идеи нанотехнологии на уровне современных знаний, задача повышения качества бетона как композита может быть решена за счет максимального использования энергетических возможностей цемента, резервы которого, как правило, используются не полностью, – считает петербургский ученый доктор технических наук, профессор Павел Комохов. – Это происходит в силу возникающих в твердеющей системе бетона внутренних напряжений, ограничивающих его расход.Решение этой проблемы может быть достигнуто использованием добавок определенной природы. Такими свойствами могут обладать золи, имеющие коллоидный (нано-) размер частиц (1–100 нм) и характеризующиеся особыми свойствами фрактальной поверхности – высокой поверхностной энергией.Павел Комохов называет три основных технологических способа использования наноструктур при производстве бетона:· «сверху вниз» – диспергирование, измельчение, глазурирование и др.;· «снизу вверх» – конденсация, объединение атомов, ионов, молекул, концепция «золь-гель»;· применение природных фуллеренов как родственных структур нанотрубок – шунгит-шунгизит и др.

Ученый представляет экспериментальные данные, полученные по методу «золь-гель» на марке цемента Ц400 Д20. Согласно этим исследованиям использование 20%-й минеральной добавки доменного шлака позволяет получить бетон классом В90 и более в возрасте 28 суток. А в возрасте 56 суток класс бетона превышал В100.Основная идея применения золя как добавки в бетон состоит в использовании структуры золя для создания дополнительного структурного элемента в бетонной смеси. Этот элемент представляет собой наночастицу оксида кремния, который со временем в результате реакции с Са(ОН)2 переходит в гидросиликат кальция и способствует сокращению количества пор от размера 1 нм и выше.За счет этого в структуре бетона происходит заполнение пор частицами золя и продуктами его взаимодействия. Таким образом, использование добавок на наноуровне значительно повышает прочность и пластичность бетона.Однако, по мнению профессора Комохова, о применении метода «золь-гель» на российских производствах говорить пока рано: ни технологически, ни морально они к этому не готовы.

Мельче частицы – больше бетона

На преодоление дефицита бетона некоторые специалисты смотрят пессимистично: из-за изношенности оборудования цементная промышленность не может увеличивать производство в тех объемах, какие нужны для интенсивно развивающейся строительной отрасли. Однако именно с помощью нанотехнологий ситуацию можно разрядить, считает В. А. Войтович, к. г. н. ННГАСУ, опубликовавший результаты исследований в области применения НТ в строительстве.В частности, одна из его работ касается первого способа использования нанодобавок в бетоне – то есть измельчения. Для этого ученый предлагает организовывать домол портландцементаперед его использованием до наноразмерных частиц. Таким образом увеличивается доля вещества, вступающего в реакцию с водой.У обычного портландцемента, удельная поверхность которого около 3000 кв. см/г, в реакцию вступает лишь третья часть объема его частиц, преимущественно с поверхности, остальной объем выполняет в готовом изделии функцию инертного заполнителя. У домолотого цемента частицы реагируют с водой на 80–90% их объема. Следовательно, на получение заданного изделия цемента потребуeтся меньше.– Кроме того, домолотый цемент обеспечивает получение более прочных бетонных изделий, – считает В. Войтович. – Это обстоятельство позволяет еще более снизить расход цемента. По-видимому, учитывая эти обстоятельства, в США домол цемента производится в больших масштабах, несмотря на отсутствие дефицита в нем.В России еще 2–3 года назад идея домола цемента была бы обречена на провал. И не столько из-за отсутствия в то время дефицита в нем, сколько из-за того, что не было помольного оборудования, способного измельчать твердые частицы до наноразмеров. Теперь такое оборудование есть. Это планетарные мельницы.

Подсластим бетон

Еще одно направление, позволяющее экономить цемент, – добавление в него нанодисперсных модификаторов, особенно таких, которые являются отходами.В мире уже около 30 лет, а в России – лет десять используют так называемый микрокремнезем, образующийся как отход при получении кремния и ферросилиции. Его введение в цементные смеси позволяет повысить прочность бетонов.Получить нанодисперсный кремнезем некоторые ученые предлагают из геотермальных вод, которые в нашей стране начинают использовать для теплоснабжения. А при обработке известью сточных вод гальванического производства получается еще один полезный вид отходов – гальваношлам, который также можно использовать в качестве наномодификатора.Удивительные сладкие добавки также предлагают взять на вооружение. Недавно ученые провели исследования по использованию в качестве заполнителя в пенобетонах отходов (дефекатов), образующихся в больших количествах на сахарных заводах при переработке сахарной свеклы.Проведенные эксперименты показали, что пенобетон, содержащий сладкий дефекат, оказался более трещиностойким. Полученные блоки размерами 390х188х190 обладали плотностью 250 кг/м3 и прочностью 0,5 МПа, тогда как при использовании лишь цемента (М400 производства ОАО «Мордовцемент») прочность пенобетона не привышает 0,3 МПа.

Волшебный камень шунгит

Из всех предлагаемых учеными нанотехнологий быстрее всего развивается использование в производстве строительных материалов шунгита – природного минерала, содержащего в своем составе фуллереноподобные наночастицы. Шунгит – минерал, содержащий от 75 до 97% чистого углерода, получил свое название от местечка Шуньга на берегу Онежского озера, где впервые был обнаружен. В промышленных масштабах шунгит добывают только в Карелии, но его залежи обнаружены в Красноярском крае и в Казахстане.Шунгит считается самостоятельным строительным материалом и может быть использован как наполнитель для производства электропроводящего бетона (именно таким свойством обладает эта порода), вспененных наполнителей для легких бетонов, для изготовления токопроводящей краски, для устройства наливных полов, материала для производства абсолютно инертных фильтров, очищающих воду и т. д.Стоимость стройматериалов на основе шунгита (цемент, кирпич) в 3–4 раза выше обычной, но они обладают совершенно уникальным свойством – экранировать электромагнитные излучения высоких и сверхвысоких частот. Материалы на основе шунгита могут применяться в индивидуальном строительстве, а также при строительстве помещений, требующих защиты конфиденциальной информации.Разработана рецептура бетонной смеси, из которой получается камень, стойкий к гамма-лучам. Такой бетон рекомендован исследователями для изготовления хранилищ радиоактивных отходов и отработанного ядерного топлива, и он уже применяется в этой сфере.Опытно-промышленный участок по производству шунгитовой крошки был сооружен в Москве еще два года назад. В Нижегородской области на Пешеланском гипсовом заводе «Декор-1» налажено производство пазогребневых гипсовых плит, содержащих шунгит для устройства радионепрозрачных перегородок.В составе петербургской промышленно-строительной группы «Альфа-Пол» создан Испытательный исследовательский центр защиты от электромагнитных полей. Предприятие выпускает сухие строительные смеси, предназначенные для изготовления штукатурок и покрытий пола, предохраняющих от проникновения в помещения или из него электромагнитных излучений.Начинаются первые попытки производства наиболее перспективных разновидностей фуллеренов – нанотрубок, несмотря на то что это еще очень дорого. Экспериментально доказано, что использование нанотрубок для приготовления цементных пенобетонов значительно повышает их физико-механические свойства, а затраты на добавку с лихвой компенсируются возможностью экономить цемент.

Подготовила Светлана Ивачева

stroypuls.ru


Смотрите также