Структуру цемента изучили на наноуровне

Работа ученых из Национального института стандартов и технологий (NIST), опубликованная на этой неделе в Nature Materials, может оказать серьезное влияние на развитие цементной промышленности и сэкономить сотни миллионов долларов. Цемент, мировой объем производства которого достиг 11 млрд. тонн, до сих пор оставался и наименее изученным строительным материалом. Хотя в том или ином виде цемент использовали еще строители в древней Греции и Риме, структура цемента, особенно на микро- и наноуровне, и ее влияние на прочность строительных конструкций оставались загадкой для ученых.

Твердение цемента является результатом химической реакции с водой, которой для реакции требуется строго определенное количество. При этом образуется сложный гелеобразный каркас из наночастиц, по составу являющихся силикат гидратом кальция. Каркас удерживает внутри себя значительное количество воды. Затем, по мере затвердевания, цемент становится очень твердым и водостойким, то есть нерастворимым в воде. Это и позволяет строительным конструкциям сохраняться в течение сотен лет.

Изучение роли воды в процессе затвердевания до сих пор сводилось к дегидратации образцов физическими или химическими методами. Ученые из NIST впервые применили широкий ассортимент новых физических методов, в том числе малоугловое рассеяние нейтронов и рассеяние рентгеновских лучей на ультрамалых углах, для уточнения структурных данных и выявления роли воды в устойчивости материала.

В частности, удалось четко отделить воду, являющуюся частью структурного каркаса, от воды, адсорбированной на поверхности наночастиц или даже существующей в свободном состоянии. Удалось также наблюдать наночастицы гидроксида кальция, существующие одновременно с силикат гидратом кальция.

Полученные результаты приведут к пересмотру представлений о роли отдельных компонентов в структурной устойчивости материалов на основе цемента, а также позволят создавать новые композиции с участием наночастиц, сообщает PhysOrg.