Оценка влияния комплексной наномодифицирующей добавки «лигносульфонат / оксид графена» на процесс гидратации неавтоклавного газобетона

Проведена оценка влияния различных пластифицирующих и структурообразующих добавок на процесс гидратации неавтоклавного газобетона (НГБ). Разработана методика формирования НГБ с введением следующих модификаторов: лигносульфоната (ЛС), оксида графена (ОГ) (1 % водная суспензия) и комплексной добавки – ОГ/ЛС. Формирование структуры и исследование минеральных новообразований в цементном камне в результате гидратации проводились методом рентгеноструктурного и дифференциально-термического анализа. Согласно рентгеновской дифрактометрии, газоблоки всех составов содержат кварц, тоберморит, гидрогранаты кальция, ксонотлит, C–S–H(I), кальцит. Дифрактограмма образца с добавкой ОГ/ЛС показывает, что НГБ содержит, прежде всего, высокоинтенсивные отражения тоберморита, ксонотлита, а также C–S–H и кальцита. Для всех остальных образцов НГБ характерна более низкая интенсивность рефлексов указанных гидросиликатов кальция. ТГ- и ДСК-кривые для всех исследуемых газоблоков имеют схожий характер – 3 ступени потери массы, кроме контрольного образца. Газобетон без добавок при температуре около 100 °С теряет 0,96 % массы, с добавкой ЛС – 1,20 %, ОГ – 1,35 %, комплексной добавки – 1,72 %. В интервале температур 400…500 °С появляется эндотермический эффект, который говорит о дегидратации слабозакристаллизованных гелеобразных гидросиликатов и гидрогранатов кальция. Именно этот пик отсутствует у контрольного образца. Таким образом, по результатам диагностики установлено, что комплексная модифицирующая добавка увеличивает кристалличность продуктов гидратации затвердевшего НГБ. Результаты позволяют предположить, что модифицированный НГБ, содержащий комплексную добавку, является более стабильным и функциональным в процессе эксплуатации, чем сравнительные образцы бетона традиционного состава без такой добавки.

1. Narayanan N, Ramamurthy K. Structure and properties of aerated concrete: A review. Cement and Concrete Composites. 2000;22(5):321-329. DOI:10.1016/S0958-9465(00)00016-0

2. Mousa MA, Uddin N. Experimental and analytical study of carbon fiber- reinforced polymer (FRP)/autoclaved aerated concrete (AAC) sandwich panels. Engineering Structures. 2009;31(10):2337-2344. DOI:10.1016/j.engstruct.2009.05.009

3. Qu X, Zhao X. Previous and present investigations on the components, microstructure and main properties of autoclaved aerated concrete – A review. Construction and Building Materials. 2017;135:505-516. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2016.12.208

4. Sldozian RJ, Tkachev AG, Burakova IV, Mikhаleva ZA. Improve the mechanical properties of lightweight foamed concrete by using nanomodified sand. Journal of Building Engineering. 2020;34:101923. DOI:10.1016/j.jobe.2020.101923

5. Yakovlev GI, Pervushin GN, Polyanskikh IS, Kerene Ya, Machulaitis R, Pudov IA, Senkov SA, Politaeva AI, Gordina AF, Shaibadullina AV. Nanostructuring of composites in construction materials science. Izhevsk: IzhSTU im. M.T. Kalashnikov Publ. house; 2014. 196 p. (In Russ.)

6. Tolchkov YuN, Aljaboobi DZM. Research into the process of synthesis of carbon nanomaterials on the cement binder. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2022;7(4):290-298. DOI:10.17277/jamt.2022.04.pp.290-298

7. Geraldo V, Oliveira S, Silva EE, Souza Oliveira CA, Almeida Cunha RM, Pontes de Oliveira RF, et al. Synthesis of carbon nanotubes on sand grains for mortar reinforcement. Construction and Building Materials. 2020;252:119044. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2020.119044

8. Du S, Wu J, Alshareedah O, Shi X. Nanotechnology in cement-based materials: A review of durability, modeling, and advanced characterization. Nanomaterials. 2019;9(9):1213. DOI:10.3390/nano9091213

9. Ajen NM, Akmalayuly K. Application of composite binders and carbon nanomaterials for the production of aerated concrete. Nauka i innovatsionnyye tekhnologii. 2022;2(23):91-98. DOI:10.33942/sititpr202257 (In Russ.)

10. Yakovlev GI, Pervushin GN, Kerene Ya, Polyanskikh IS, Pudov IA, Khazeev DR, Senkov SA. Complex additive based on carbon nanotubes and microsilica for modifying autoclaved gas silicate. Stroitel'nyye materialy. 2014;1-2:3-7. (In Russ.)

11. Leontyev SV, Golubev VA, Shamanov VA, Kurzanov AD, Yakovlev GI, Khazeev DR. Modification of the structure of heat-insulating autoclaved aerated concrete with a dispersion of multi-walled carbon nanotubes. Stroitel'nyye materialy. 2016;1-2:76-83. (In Russ.)

12. Keriene J, Kligys M, Laukaitis A, Yakovlev G, Špokauskas A, Aleknevičius M. The influence of multi-walled carbon nanotubes additive on properties of non-autoclaved and autoclaved aerated concretes. Construction and Building Materials. 2013;49:527-535. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2013.08.044

13. Mohammadi MR, Ahmadi J, Mohammadi S. The effect of graphene nano particle on the mechanical and durability properties of Portland cement concrete. Concrete Research. 2020;12(1):109-118. DOI:10.22124/jcr.2019.9173.1249

14. Devi SC, Khan RA. Mechanical and durability performance of concrete incorporating graphene oxide. Journal of Materials and Engineering Structures. 2019;6:201-214.

15. Strokova VV, Laketich SK, Nelyubova VV, Zhenmao YE. Graphene oxide as a modifier for cement systems: analysis of the state and development prospects. Stroitel'nyye materialy. 2021;1-2:37-90. DOI:10.31659/0585-430X-2021-788-1-2-37-89 (In Russ.)

16. Han B, Zheng Q, Sun S, Dong S, Zhang L, Yu X, Ou J. Enhancing mechanisms of multi-layer graphenes to cementitious composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2017;101:143-150. DOI:10.1016/j.compositesa.2017.06.016

17. Indukuri CSR, Nerella R. Enhanced transport properties of graphene oxide-based cement composite material. Journal of Building Engineering. 2021;37:102174. DOI:10.1016/j.jobe.2021.102174

18. Seddighi F, Pachideh G, Salimbahrami SB. A study of mechanical and microstructures properties of autoclaved aerated concrete containing nano-graphene. Journal of Building Engineering. 2021;43:103106. DOI:10.1016/j.jobe.2021.103106

19. MacLeod AJN, Collins FG, Duan W, Gates WP. Quantitative microstructural characterisation of Portland cement-carbon nanotube composites using electron and X-ray microscopy. Cement and Concrete Research. 2019;123:105767. DOI:10.1016/j.cemconres.2019.05.012

20. Marchon D, Flatt RJ. Mechanisms of cement hydration. In: Science and Technology of Concrete Admixtures. Elsevier Inc.; 2016. p. 129-145. DOI:10.1016/B978-0-08-100693-1.00008-4

21. Makarova IA, Lokhova NA. Physico-chemical methods for studying building materials. Bratsk: Bratsk State University Publ. house; 2011. 139 p. (In Russ.)

22. Aljaboobi DZM, Burakova IV, Burakov AE, Sldozian RJ, Tkachev AG. Production of non-autoclaved aerated concrete with graphene oxide and plasticizer additives. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Stroitel'stvo. 2023;(3):52-60. DOI:10.32683/0536-1052-2023-771-3-52-60 (In Russ.)