Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2025
Идентификатор DOI: 10.25018/0236_1493_2025_10_0_61
Ключевые слова: graphene, liquid-phase exfoliation, soot, nanomodifier, strength, cement, concrete, графен, жидкофазная эксфолиация, сажа, наномодификатор, прочность цемента, бетон
Аннотация: Снижение расхода цемента в производстве бетона (объемом свыше 20 млрд т в год) является актуальной экологической задачей в связи с вкладом цементной промышленности в глобальное потепление. Исследована возможность применения многослойного графена и графеноподобного продукта - древесной сажи, кавитационно активированной, в качестве нПоказать полностьюаномодификаторов бетона для увеличения его прочности при возведении фундаментов, подземных сооружений и других объектов геотехнического строительства. В качестве сырья использованы графиты (ГК-1, ГАК-2), полученные из обогащенных руд и металлургических отходов («ГрафитСервис», Челябинск), и древесная сажа. Рассмотрены способы отслаивания графита методом гидродинамической технологии с эффектами кавитации - жидкофазной эксфолиации, с помощью высокоскоростного миксера до состояния графена и высокоэнергетической кавитационной технологии в суперкавитационном миксере. Методами электронной микроскопии, седиментационного и дисперсионного анализа, рентгенофазового анализа, электронопарамагнитного резонанса и Мессбауэра показано, что при диспергировании графитов образуются многослойные графены и графеновые квантовые точки (осколки графеновых частиц) размером от 10 до 100 нм, а сажа после кавитации содержит следовые количества фуллеренов. Получено, что добавление многослойного графена и сажи после кавитации в виде функциональных водных суспензий позволит достичь прочности бетона, сопоставимой с прочностью обычного бетона с более высоким содержанием цемента. Reduction of cement consumption in concrete production (more than 200 Bt yearly) is a top-priority ecological task in view of the contribution of the cement industry to global warming. This article discusses applicability of multilayer graphene and graphene-like materials-cavitation-activated soot-as nanomodifiers for strengthening of concrete in construction of foundations, underground structures and other geotechnical facilities. The source materials are graphite (grades GK-1, GAK-2), produced from treated ore and metallurgical waste (GrafitServis, Chelyabinsk), and wood soot. The approaches to graphite exfoliation by the hydrodynamic technology with effects of cavitation-liquid-phase exfoliation, using a high-speed mixer, to the state of graphene, and by the high-energy cavitation in a supercavitation mixer are discussed. The electron microscopy, sedimentation and dispersion analysis, X-ray phase analysis, electron paramagnetic resonance and Mössbauer spectroscopy show that graphite dispersion forms multilayered graphene and graphene quantum dots (graphene nanoparticles) 10 to 100 nm in size, and post-cavitation soot contains traces of fullerene. It is found that addition of multilayer graphene and post-cavitation soot in the form of effective water suspensions allows concrete strength comparable with the strength of ordinary concrete with higher content of cement.
Журнал: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал)
Выпуск журнала: № 10
Номера страниц: 61-82
ISSN журнала: 02361493
Место издания: Москва
Издатель: ООО "Горная книга"