Вплив нанодобавок на гідратацію гіпсових в'яжучих

Abstract

У статті подано результати дослідження процесів гідратації будівельного гіпсу в присутності вуглецевих нанотрубок (ВНТ). Модифікація гіпсу багатошаровими ВНТ призводить до збільшення його міцності на стиск. Експериментально встановлено, що при вмісті нанотрубок 0,18 % спостерігається приріст міцності до 30 %. Хімічна функціоналізація поверхні вуглецевих нанотрубок сприяє зниженню седиментаційного ефекту, властивого наночастинкам, дає змогу більш рівномірно диспергувати наноструктури по всьому об’єму модифікованого матеріалу і забезпечує хімічну взаємодію між нанотрубкою і матрицею речовини. Методами квантово-хімічного аналізу підтверджується, що взаємодія молекули двоводного гіпсу з графеноподібною поверхнею є хімічним процесом. Підвищення міцності гіпсового композита, що містить ВНТ, обумовлене прискореним процесом кристалізації двоводного гіпсу поблизу графенової поверхні. Таким чином, можна припустити, що ВНТ є центрами кристалізації в гіпсовому композиті. Аналіз мікроструктури зразків гіпсової композиції показав, що без модифікувальної добавки утворюється крихка структура гіпсових зразків зі значною кількістю пор. Можна, припустити, що нанодисперсні добавки ВНТ відіграють роль «центрів кристалізації», по поверхні яких відбувається структурування гіпсової матриці з досягненням підвищення міцності гіпсової композиції. Це пов’язано з тим, що під час росту кристали частково проростають одне в одне і утворюють просторову мережу, що пронизує і зв’язує весь гіпсовий камінь в єдине ціле. The results of investigation of hydration processes of gypsum with carbon nanomodifiers are presented in the article. Gypsum modification by multilamellar carbon nanotube (CNT) results in the improvement of its compression strength. Experiments proved that at the nanotubes content of 0,18 %, strength improvement by up to 30 % is observed. Chemical functionalization of carbon nanotube surface facilitates the reduction of the sedimentation effect inherent to the nanoparticles, enables more uniform nanostructure dispersion throughout the modified material volume and provides the chemical interaction between nanotubes and the substance matrix. Quantum-chemical analysis methods confirm that the interaction of calcium sulfate dihydrate molecule with the dihydrate -like surface is the chemical process. The improvement of CNT-containing gypsum composite strength is due to the accelerated process of calcium sulfate dihydrate crystallization at the graphene surface. Therefore, it may be assumed that CNTs act as “crystallization nuclei” in the gypsum composite. The analysis of the microstructure of gypsum composition samples showed that without the modifying additive, loose structure of the gypsum samples is formed with a significant number of pores.It may be assumed that nanodispersed CNT additives act as “crystallization nuclei” on the surface of which calcium sulfate matrix structuring occurs with the improvement of the gypsum composition structural characteristics. This is due to the fact that during growth, crystals partly penetrate into each other and form three-dimensional network permeating and incorporating the entire gypsum stone into a body.