CC BY
20УДК 691.545:539.2
DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-767-1-2-16-22
Г.Д. ФЕДОРОВА, канд. техн. наук (fedorovagd@mail.ru), А.П. СКРЯБИН, магистр, Г.Н. АЛЕКСАНДРОВ, магистр
Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова (677000, г. Якутск, ул. Белинского, 58)
Изучение влияния оксида графена на прочность цементного раствора на основе местного речного песка
Приведен обзор зарубежной литературы по исследованию оксида графена в качестве добавки для цементных композитов. Показано, что с каждым годом объем исследований в этой области значительно увеличивается, а результаты указывают на перспективность его применения в качестве модификатора цементного камня и затвердевшего раствора. Представлены исследования влияния оксида графена в количестве 0,05% от массы цемента на прочность цементного камня с использованием речного песка, относящегося к группе очень мелких. Установлено, что оксид графена значительно повышает прочность на ранней стадии твердения при изгибе (на 22,4%), чем при сжатии (на 9,1%). В 28-суточном возрасте увеличение прочности при изгибе и при сжатии составило всего 2,2 и 4,6% соответственно. Возможной причиной незначительного повышения прочности цементного камня является качество суспензии ОГ. Таким образом, выявлена необходимость модификации суспензии ОГ для управления структурообразованием микроструктуры цементного камня.
Ключевые слова: цементный камень, затвердевший раствор, оксид графена, суспензия, наночастицы, модификация.
Для цитирования: Федорова Г.Д., Скрябин А.П., Александров Г.Н. Исследование влияния оксида графена на прочность цементного раствора // Строительные материалы. 2019. № 1-2. С. 16-22. 00!: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-767-1-2-16-22
G.D. FEDOROVA, Candidate of Sciences (Engineering) (fedorovagd@mail.ru), A.P. SCRYABIN, Undergraduate, G.N. ALEXANDROV, Master North-Eastern Federal University in Yakutsk (58, Belinskogo Street, Yakutsk, 677000, Russian Federation)
The Study of the Influence of Graphene Oxide on the Strength of Cement Stone Using River Sand
A review of foreign literature on the study of graphene oxide as an additive for cement composites is presented. It is shown that every year the volume of research in this area increases significantly, and the results indicate the prospects of its use as a modifier of cement stone and solidified solution. The results of the study of the influence of graphene oxide in an amount of 0.05% by weight of cement on the strength of cement stone using river sand belonging to a group of very small are presented. It is established that graphene oxide significantly increases the strength at an early stage of hardening when bending (by 22.4%) than when compressing (by 9.1%). At 28 days of age, the increase in strength when bending and when compressing was only 2.2% and 4.6%, respectively. A possible reason for a slight increase in the strength of the cement stone is the quality of the graphene oxide suspension. Thus, the necessity of modification of graphene oxide suspension to control the structure formation of the cement stone microstructure is revealed.
Keywords: cement stone, hardened solution, grapheme oxide, suspension, nano-particle, modification.
For citation: Fedorova G.D., Skriabin A.P., Aleksandrov G.N. The study of the influence of graphene oxide on the strength of cement stone using river sand. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2019. No. 1-2, pp. 16-22. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-767-1-2-16-22 (In Russian).
Междисциплинарные исследования в области разработки инновационных материалов открывают новые пути для управления свойствами и деструкци-онными процессами высококачественного бетона, изучая возможность изменять химические свойства минеральных цементов на наноуровне. По мнению Ву Х.Ч. [1], возможности для синтеза неорганических вяжущих, в том числе портландцемента, с уникальными структурами и свойствами безграничны. Ход реакций и продукты полимеризации неорганических полимеров меняются в зависимости от значения рН среды (от кислой через нейтральную и до щелочной) и температуры реакции. Для направленного и произвольного образования цепочек и кластерных сетей можно контролировать рН, концентрацию реагентов и температуру.
Именно поэтому в последние годы в нашей стране внимание ученых направлено на исследование возможности применения нанотехнологии для модифицирования цементных композитов посредством введения в них первичных синтезированных нанома-териалов, таких как углеродные нанотрубки, фулле-
Cross-disciplinary researches in the field of development of new materials open new ways for management of properties and destructive processes of high-quality concrete, studying an opportunity to change chemical properties of mineral cements at nanolevel. According to Wu H.C. [1] opportunities for synthesis of inorganic binders including the Portland cement, with unique structures and properties are boundless. The course of reactions and polymerization products of inorganic polymers change depending on pH value medium (from sour through neutral and to alkaline) and reaction temperatures. Therefore, for directed and arbitrary formation of chains and cluster networks it is possible to control pH, concentration of reagents and temperature.
For this reason in recent years in Russia the attention of scientists is directed to research of possibility of nano-technology application for modifying of cement composites by means of introduction to them of primary synthesized nanomaterials, such as carbon nanotubes, fullerenes and other objects of fulleroid type which are entered into a matrix in the form of suspension [2—4].
Object of our research is graphene oxide (further GO) which due to existence of a number of active oxygen-
рены и другие объекты фуллероидного типа, которые вводятся в матрицу в виде суспензии [2—4 и др.].
Объектом исследования авторов является оксид графена (ОГ), который благодаря наличию ряда активных кислородсодержащих функциональных групп вступает в реакцию с цементом и тем самым может способствовать изменению микроструктуры цементного камня.
Однако для управления этим процессом нужны глубокие познания в области химии цемента, особенно в области формирования структуры одного из главных продуктов гидратации портландцемента — геля С^-Н, который, по разным данным, составляет около 60—70% от общей гидратированной массы. В последние годы в этой области активно работают зарубежные исследователи [5—9]. Актуальность таких исследований очевидна, что подтверждается появлением большого количества зарубежных публикаций, которые свидетельствуют, что введение оксида графе-на в цементное тесто или цементно-песчаный раствор повышает прочностные свойства. По данным статьи [5], прочность цементного камня на изгиб и сжатие повышается соответственно на 90,5 и 40,4% при введении 0,05% ОГ от массы цемента, а у цементного раствора — на 70,5 и 24,4% соответственно.
В работе [6] отмечено, что введение ОГ в количестве 0,05% от массы цемента повышает прочность на сжатие на 15—33%, прочность на изгиб при растяжении - на 41-59%.
Похожее повышение прочности при растяжении цементного раствора (на 48%) получено при добавлении ОГ в количестве 1,5% от массы цемента [7]. Несколько другие данные приведены в [8]: в 28-су-точном возрасте у цементного камня (В/Ц=0,4) при введении в него оксида графена и поликарбокси-латного суперпластификатора прочность при сжатии повысилась всего на 4,8-11,2% по сравнению с контрольным составом с поликарбоксилатной добавкой, хотя в трехсуточном возрасте у цементного камня с добавкой ОГ в количестве 0,1; 0,15 и 0,2% от массы цемента повышение прочности при сжатии составило соответственно 56,4; 69,1 и 81,8%. В работе [9] представлены результаты исследования прочности цементного камня на раскалывание. Максимальное повышение прочности на раскалывание достигнуто при введении ОГ в количестве 0,04% от массы цемента и составляет 67% (по сравнению с бездобавочным). Авторы отмечают, что дальнейшее повышение дозировки добавки ОГ неэффективно.
Из представленных результатов видна перспективность применения оксида графена в технологии цементных материалов, так как, обладая высокой удельной поверхностью, данная добавка может выступить как ядро, способствующее более глубокой гидратации цемента и образованию более плотных гидросиликатов кальция; как химический реагент благодаря наличию у него карбоксильных групп он может реагировать с продуктами гидратации цемента,
containing functional groups reacts with cement, thereby can promote change of cement stone microstructure.
However, for management of this process deep knowledge of chemistry field of cement, especially in the field of formation of structure of one of the main products of hydration of Portland cement of C—S—H gel which according to different data makes about 60—70% of general hydrated weight are necessary. In recent years, foreign researchers actively work in this area [5—9]. Urgency of such researches is more obvious every year this is proved by a large number of foreign publications from which it is visible that graphene oxide introduction to cement mortar or cement and sand solution increases strength properties. According to article [5] durability of cement stone on flexure and compression increases respectively by 90.5 and 40.4% at introduction of 0.05% of GO of cement mass, and at cement mortar — by 70.5 and 24.4% respectively.
In work [6] it is noted that introduction of GO in number of 0.05% of cement mass increases durability on compression by 15—33%, durability on bend at stretching — by 41-59%.
Similar increase in durability at stretching of cement mortar (on 48%) is received at addition of GO in number of 1.5% of cement mass [7]. Several different data are provided in [8]: at the 28th daily age at cement stone (W/ C=0.4) at introduction of graphene oxide to it and polycar-boxylate super softener durability on compression increased by only 4,8-11,2% in comparison with control structure with polycarboxylate additive though in three daily age at cement stone with GO additive in number of 0.1%, 0.15% and 0.2% of cement mass increase in durability on compression was 56.4%, 69.1% and 81.8% respectively. In work [9] results of research of cement stone durability on splitting are presented. At the same time the maximum increase in durability on splitting than at a control sample without GO is reached at introduction of GO in number of 0.04% of cement mass and is 67%. Authors note that further increase in dosage of GO additive is inefficient.
From presented results the prospects of graphene oxide use in technology of cement materials are visible as possessing a high specific surface of graphene oxide can act as nuclei promoting deeper hydration of cement and formation of more dense hydrosilicates of calcium; as chemical reagent, due to presence at it of carboxyl groups, it can react with cement hydration products, namely with C-S-H Ca(OH)2 that can promote increase in durability and corrosion resistance of material; as filler, settling in gel populations, can promote consolidation of microstructure of cement composites; as micro fittings, due to two-dimensional size, an uneven surface and high durability of GO films, can promote increase in durability on bend, stretching and splitting. All these hypotheses are widely studied now by foreign researchers by means of modern complex methods of researches. Unfortunately, in our country so far such researches are not conducted, especially for application of GO in production of construction materials, namely cement composites. Nevertheless, considering that in graphene technologies laboratory of North-Eastern Federal University graphene
а именно с С—S—Н и Са(ОН)2, что может способствовать повышению прочности и коррозионной стойкости материала; как наполнитель, оседая в гелевых порах, что уплотняет микроструктуры цементных композитов; как микроарматура благодаря двумерному размеру, неровной поверхности и высокой прочности пленок ОГ может способствовать повышению прочности при изгибе, растяжении и раскалывании. Все эти гипотезы в настоящее время широко изучаются зарубежными исследователями с помощью современных комплексных методов. К сожалению, в России пока такие исследования не проводятся, тем более для целей применения ОГ в производстве строительных материалов, а именно цементных композитов. Тем не менее, учитывая, что в лаборатории гра-феновых технологий СВФУ получена суспензия оксида графена, в ИТИ СВФУ начаты поисковые исследования по изучению влияния оксида графена на свойства цементного камня и затвердевшего цементного раствора.
В настоящее время работа направлена главным образом на изучение результатов зарубежного опыта, что позволит отработать методику исследования влияния ОГ на свойства и структуру цементных композитов. Для этого проводятся небольшие экспериментальные работы. Другой целью является создание команды исследователей для совместной работы над научным проектом и подготовка проекта для участия в грантах.
Результаты ранее проведенных работ представлены в [10, 11]. Были сделаны выводы о перспективности проведения исследований по применению оксида графена в цементных системах и необходимости организации методической и нормативной базы проведения исследований в области нанотехнологий в строительстве.
В экспериментах использована суспензия ОГ по технологическому регламенту лаборатории «Графе-новые технологии» СВФУ, которая предназначена для использования в области медицины и электроники. Водный раствор оксида графена (2 мг/мл) перед использованием подвергали воздействию ультра-
Рис. 1. СЭМ-снимок ОГ-чешуек Fig. 1. SEM image of GO sheets
oxide suspension is received, in ITI NEFU basic researches on graphene oxide influence studying on properties of a cement stone and cement mortar are begun.
Now work is directed, mainly, for studying results of foreign researches that will allow to fulfill a technique of GO influence research on properties and structure of cement composites. Small experimental works are carried out for this purpose. Another purpose is creation of researchers team for collaboration over the scientific project and preparation of the project for participation in grants.
Results of earlier carried out works are presented in the articles [10, 11], where conclusions were drawn on prospects of carrying out researches on use of graphene oxide in cement systems and need of organization of methodical and regulatory base of carrying out researches in the field of nanotechnologies in construction that would improve efficiency and quality of conducted researches.
In experiments GO suspension is used, on production schedules of Graphene Technologies laboratory of NorthEastern Federal University which is intended for use of carrying out researches in the field of medicine and electronics. Water solution of graphene oxide (2 mg/ml) before use was subjected to influence of ultrasound within 5 minutes on
Таблица 1 Table 1
Химический состав портландцементного клинкера Chemical composition of Portland cement clinker
Оксиды Oxides SiO2 AI2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 r2o С^0своб ППП Loss on Ignition
Содержание, мас. % Content, wt % 21,16 5,45 4,72 64,85 2,71 - 0,75 0,15 0,11
Таблица 2 Table 2
Зерновой состав речного песка Grain composition of river sand
Полные остатки (% по массе) на ситах с размерами отверстий, мм Cumulative percentage retained (% by mass) at sieve size, mm Проход через сито 0,16 Percentage passing through a sieve 0,16
2,5 1,25 0,63 0,315 0,16
0 0 0,12 2,13 99,68 0,27
m и ill
Ф
О Ш Ш -Q
iE si
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,8 Размер чешуек, мкм Size of sheets, mkm
ui 3 ~
е
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 Размер чешуек, мкм Size of sheets, mkm
3 1,4 1,5 1,6
Рис. 2. Распределение латеральных размеров ОГ-пленок в суспензии с концентрацией 2 мг/мл: a - до обработки ультразвуком; b -ботки ультразвуком
Fig. 2. Distribution of lateral dimensions of GO films in suspension with concentration of 2 mg/ml: a - before sonication; b - after sonication
после обра-
Таблица 3 Table 3
Влияние оксида графена на прочность цементного раствора The effect of graphene oxide on the strength of cement mortar
b
a
Ц:П по массе C:S, by mass Дозировка ОГ, % от массы цемента Content of GO, % by weight of cement В/Ц W/C Расплыв конуса, мм Flow of cone, mm Прочность раствора, твердевшего в камере нормально- влажностного хранения, МПа The strength of cement mortar, hardened in the chamber of normal-humidity storage, MPa
при сжатии Compressive strength при изгибе Flexural strength
2 сут 7 сут 28 сут 2 сут 7 сут 28 сут
1:3 - 0,67 110 4,9 12,1 21,8 0,91 2,68 3,18
0,05% 0,67 90 6 13,2 22,8 0,95 3,28 3,25
звука в течение 5 мин на диспергаторе ИЛ-100-6/3. Распределение по латеральным размерам чешуек оксида графена изучали с помощью СЭМ-снимка (рис. 1, 2). Средневзвешенный латеральный размер нанолистов ОГ без ультразвуковой обработки составил 0,6 мкм, после обработки — 0,58 мкм, при этом мода выросла от 0,4 до 0,6 мкм. Толщина нанолистов ОГ колеблется в пределах от 1,5 до 13 нм [12].
Для приготовления цементного раствора использованы местный портландцемент марки ПЦ 400 Д0 Н (ОАО «Якутцемент») и речной песок из поймы реки Лены, широко применяемый в производстве бетона. Химический состав цемента указан в табл. 1. Зерновой состав песка представлен в табл. 2. Соотношение цемента и песка принято стандартное 1:3 по массе. Водоцементное отношение выбрано исходя из получения стандартного расплыва по ГОСТ 310.4—81 для состава без добавки ОГ. Песок относится к группе очень мелких, что значительно повышает водопо-требность цементного раствора. Так, например, при использовании стандартного песка (монофракционный песок ОАО «Цемсэнд») для испытания цемента В/Ц составляет 0,45, а при применении речного песка В/Ц=0,67, что соответственно приводит к значительному снижению прочности цементного камня. Исследуемый состав отличается от контрольного только тем, что в раствор вводилась добавка ОГ в количестве 0,05% от массы цемента. Выбор такой дозировки добавки основан на ранее проведенных исследованиях по изучению влияния оксида графена на
IL-100-6/3 dispergator. Distribution by lateral sizes of scales of graphene oxide was studied by means of SEM-picture (fig. 1 and 2). The average lateral size of GO nanosheets without ultrasonic processing was 0.6 microns, after processing was 0.58 microns, at the same time the mode grew from 0.4 to 0.6 microns. Thickness of GO nanosheets fluctuates ranging from 1.5 up to 13 nanometers [12].
For preparation of cement mortar the local Portland cement of PC 400 DO H brand of cement plant JSC "Yakuttsement" and river sand from the floodplain of the Lena River which is widely applied in production of concrete are used. The chemical composition of cement is specified in table 1. The grain composition of sand is presented in table 2. The ratio of cement and sand is accepted standard 1:3 on weight. The water cement relation is chosen proceeding from receiving a standard flow in accordance with GOST 310.4 for structure without GO additive. Sand belongs to "very small" group that considerably increases water requirement of cement mortar. So, for example, when using standard sand (monofractional sand of JSC "Tsemsend") for test of W/C cement makes 0,45, and at use of W/C river sand = 0,67 that respectively leads to considerable decrease in durability of cement mortar. The studied structure differs from control only by the fact that GO additive in number of 0.05% of cement mass is added into cement mortar. The choice of such dosage of additive is based on earlier conducted researches on gra-phene oxide influence studying on durability at compression of cement stone [11]. Mixing of the mortar mixture was carried out with a perforator "Bosch GBH 240"
прочность при сжатии цементного камня [11]. Перемешивание растворной смеси осуществлялось перфоратором «Bosch GBH 240» с SDS-plus насадкой в течение 5 мин при 800 об/мин. Суспензия ОГ предварительно вводилась в воду затворения и тщательно перемешивалась. Для определения прочности цементного раствора изготавливались образцы-призмы размером 40x40x160 мм в металлической форме, которые уплотняли на виброплощадке. Все образцы твердели в камере нормально-влажностного хранения. Образцы испытывали в возрасте 2, 7 и 28 сут.
Введение в растворную смесь ОГ в количестве 0,05% увеличило вязкость смеси, расплыв конуса на встряхивающем столике понизился от 110 до 90 мм. Средняя плотность растворной смеси увеличилась от 1982 до 2010 г/см3. Более плотная структура затвердевшего цементного раствора исследуемого состава подтверждается изучением микроструктуры затвердевшего образца с помощью сканирующего электронного микроскопа JEOL F7500 (рис. 3). СЭМ-снимок микроструктуры ясно показывает, что использование ОГ значительно меняет морфологию и распределение продуктов гидратации цемента. По-видимому, высокая удельная поверхность пленок ОГ делает его ядром зародышеобразования продуктов гидратации, тем самым способствуя более плотному распределению продуктов гидратации цемента, а также как наноматериал оседает в порах и трещинах, уменьшая их размеры и т. д. Скопления пленок ОГ не обнаружено, это свидетельствует, что суспензия распределилась равномерно. Полученные результаты согласуются с данными других исследователей. По мнению авторов [13], возможной причиной этого является то, что ОГ поглощает молекулы воды и ионы, образующиеся в процессе гидратации из-за его большой поверхностной энергии, и, таким образом, служит местом зарождения новой для реакций гидратации и более благоприятной платформой для роста продуктов гидратации. Это способствует уменьшению пористости затвердевшей цементной пасты и придает цементным композитам более однородную и плотную структуру. Следует отметить, что в данной работе сделан важный вывод о роли водо-цементного отношения. При низких значениях В/Ц часто наблюдается неравномерность распределения нанолистов, а их встречающееся скопление может сыграть отрицательную роль. В работе [14] сделан аналогичный вывод, что добавление ОГ в цементную пасту препятствует распространению трещин и способствует увеличению плотности кристаллогидратов кальция.
Однако, несмотря на хорошее распределение пленок ОГ и получение более плотной структуры за-
Рис. 3. Микроструктура цементного раствора (В/Ц=0,67) в возрасте 7 сут: а - без добавки; b - 0,05% ОГ
Fig. 3. Microstructure of cement mortar (W/C=0.67) at the age of 7 days: a - without of the addition; b - 0.05% GO
puncher with SDS-plus nozzle within 5 minutes, at 800 rpm. OG suspension was added previously and mixed carefully. For determination of cement mortar durability samples prisms by 40x40x160 mm size in metal form which condensed on shaking table test were made. All samples hardened in the camera of normal and moist storage. Samples tested aged 2, 7 and 28 days.
GO introduction to solution mix in number of 0.05% increased viscosity of mix, a cone flow on stirring-up table went down from 110 mm to 90 mm. The average density of solution mix increased from 1982 g/cm3 to 2010 g/cm3. More dense structure of cement mortar of studied structure is confirmed by studying of a microstructure of hardened sample by means of scanning electronic microscope JEOL F7500 (fig. 3). SEM-picture of cement mortar microstructure makes it clear that use of GO considerably changes morphology and distribution of products of cement hydration. Apparently, high specific surface of GO
3
2
1
10 15 20
Возраст цементного раствора, сут Age of cement mortar, day
25
20
*<5 15 -
10
ч I
р о
5
10 15 20
Возраст цементного раствора, сут Age of cement mortar, day
25
30
Рис. 4. Влияние ОГ на прочностные свойства цементного раствора: a - при изгибе; b - при сжатии; 1 - без добавки; 2 - 0,05% ОГ Fig. 4. Effect of GO on the strength properties of cement mortar: a - flexural strength; b - compressive strength; 1 - without of the addition; 2 - 0.05% GO
a
4
0
b
0
5
Ca21 at the brekage
Рис. 5. Трехмерная сетевая структура гелей C-S-H, модифицированных ОГ [15]
Fig. 5. The 3D network structure of GO modified C-S-H gels [15]
твердевшего цементного раствора, получить высокое увеличение прочности не удалось. Результаты испытания прочности представлены в табл. 3 и на рис. 4 и 5. Максимальное повышение прочности при изгибе (22,4%) за счет введения ОГ наблюдается на 7-е сут, а в возрасте 24 сут прочности исследуемого и контрольного составов почти сравнялись (повышение всего на 2,2%). Прочность цементного камня при сжатии через 2; 7 и 28 сут повысилась соответственно на 22,4; 9,1 и 4,6%. В целом характер влияния ОГ на прочностные свойства раствора не отличается от результатов других исследований. Оксид графена повышает прочность на ранней стадии гидратации цемента. Анализ полученных результатов показывает, что предварительная обработка суспензии ОГ ультразвуком ожидаемого положительного вклада в увеличении прочности не внесла. Возможно, это связано с условиями протекания химической реакции между оксидом графена, портландцементом и продуктами гидратации. Изучению данного вопроса посвящено много работ, мнение исследователей противоречиво, более подробный обзор был представлен в [11]. Из вновь появившихся исследований стоит обратить внимание на трехмерную сетевую структуру ОГ-модифицированных гелей C—S—H (рис. 5), приведенную в работе [15]. Установлено, что пленки ОГ являются не только зародышеобразо-вателями для гелей C—S—H, но и участвуют в гидратации цемента. Судя по модели, ОГ находится в межслойном пространстве гелей С—S—H или в центральном слое тоберморитоподобного листа благодаря ионным связям ОГ с С^—Н гелями. Ионные связи образованы между катионами Са2+ из состава гелей и группами —СОО чешуек оксида графена, создавая трехмерную сетевую структуру гелей С^—Н. Поры геля также заполнены ОГ, в результате получается более плотная микроструктура и сила сцепления с цементной матрицей увеличивается.
Исходя из вышеизложенного можно заключить: для того чтобы обеспечить более высокие прочности с помощью ОГ, по-видимому, необходимо работать
films makes it a nuclei of nucleation of hydration products, thereby promotes more dense distribution of hydration products of cement and also as nanomaterial accumulates in pores and cracks, promoting reduction of their sizes, etc. The congestion of GO films is not revealed that demonstrates that suspension was distributed evenly. The received results are tied with data of other researchers. According to authors [13], the fact that GO absorbs the molecules of water and ions which are formed in the course of hydration because of its big superficial energy is the possible reason of this phenomenon and, thus, serves as a place of origin as new to reactions of hydration and more favorable platform for growth of hydration products. It promotes reduction of porosity of hardened cement paste and gives to cement composites more uniform and dense structure. It should be noted also that in this work the important conclusion is drawn on a role of water cement value. At low V/C values the unevenness distribution of nanosheets is often observed, and the found congestion of nanosheets can play a negative role. In work [14] the similar conclusion is also drawn that addition of GO in cement paste interferes with distribution of cracks and promotes increase in density of crystalline hydrates of calcium.
However, despite good distribution of GO films and obtaining more dense structure of cement mortar it was not succeeded to receive high increase in durability. Results of durability test of cement mortar are presented in table 3 and in fig. 4 and 5. The maximum increase in durability on bend (22.4%) due to introduction of GO is observed in the 7th day, and at the 24th age of durability of studied and control structures almost evened out (increase only for 2.2%). Durability of cement mortar on compression in 2, 7 and 28 days increased respectively by 22.4%, 9.1% and 4.6%. In general, the nature of GO influence on strength properties of solution does not differ from results of other researches as GO increases durability in early stage of cement hydration. The analysis of received results shows that preliminary processing of GO suspension by ultrasound of expected positive contribution in durability increase did not bring. Perhaps, it is connected by conditions of chemical reaction course between Portland cement graphene oxide and products of hydration. Many works are devoted to this problem, the opinion of researchers is contradictory. More detailed review about it was given in the article [11]. From recently appeared articles it would be desirable to pay attention to three-dimensional network structure GO-modified C—S—H gels (fig. 5) given in work [15]. At the same time, it is established that GO films are not only a nucleation for C—S—H gels, but also participate in cement hydration. According to GO model is in interlayer space of C—S—H gels or in the central layer of a tobermorite sheet due to ionic communication with Ca2+ C—S—H gels which were connected by groups — COO GO group as bridges, creating three-dimensional network structure of C—S—H gels. Pores of gel are also filled with GO, as a result turns out more dense microstructure and forces of adhesion with a cement matrix increases.
Based on the above it is possible to draw a conclusion to provide higher durability's by means of GO, appar-
с составом суспензии ОГ или с водой затворения раствора. Например, проверить влияние двухвалентных и трехвалентных катионов на структурообразующие свойства оксида графена можно двумя методами — добавлением нитрата кальция и нитрата алюминия в суспензию ОГ, а также добавлением этих же компонентов в процессе перемешивания цементного раствора.
Список литературы / References
1. Ву Х.Ч. Неорганические вяжущие: новый взгляд на процесс гидратации и твердения // «ALITinform» Международное аналитическое обозрение. Цемент. Бетон. Сухие смеси. 2014. № 1 (33). С. 26-43.
1. Wu H.C. Inorganic cements: review and reexamination. «ALITinform» International Analitical Review. Cement. Concrete. Dry Mixtures. 2014. No. 1 (33), pp. 26-43. (In Russian).
2. Карпова E.A., Мохамед Али Элсаед, Скрипкю-нас Г., Керене Я., Кичайте А., Яковлев Г.И., Ма-цияускас М., Пудов И.А., Алиев Э.В., Сеньков С.А. Модификация цементного бетона комплексными добавками на основе эфиров поликарбоксилата, углеродных нанотрубок и микрокремнезема // Строительные материалы. 2015. № 2. С. 40-47.
2. Karpova E.A., Mohamed Ali Elsaed, Skripkiunas G., Keriene Ja., Kiaite A., Yakovlev G.I., Macijauskas M., Pudov I.A., Aliev E.V., Sen'kov S.A. Modification of сement rancrete by use of implex additives based on the polycarboxylate ether, carbon nanotubes and mi-crosilica. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2015. No. 2, pp. 40-47. (In Russian).
3. Лхасаранов С.А., Урханова Л.А., Буяннтуев С.Л. Исследование фазового состава цементного камня с углеродными наноматериалами // Строительные материалы. 2018. № 1-2. С. 23-25.
3. Fedorova G.D., Alexandrov G.N., Scryabin A.P., Baishev K.F. Influence of graphene oxide on compressive strength of cement paste. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 1-2, pp. 11-17. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-756-1-2-11-17 (In Russian).
4. Пухаренко Ю.В., Староверов В.Д., Рыжов Д.И. Фулле-роидные углеродные наночастицы для модификации бетонов // Технологии бетонов. 2015. № 3-4. С. 40-43.
4. Pucharenko Yu.V., Staroverov V.D., Ryzhev V.D. Staroverov D.I. Fulleroid carbon nanoparticles for modifying concrete. Technologii betonov. 2015. No. 3-4, pp. 40-43. (In Russian).
5. Wang Q., Wang J., Lu C-X. and etc. Influence of graphene oxide additions on the microstructure and mechanical strength of cement. New Carbon Materials. 2015. Vol. 30. Iss. 4, pp. 349-359.
6. Pan Z., He L., Qiu L., Korayem A.H. and etc. Mechanical properties and microstructure of a grapheme oxide - cement composite. Cement & Concrete Composites. 2015. Vol. 58, pp. 140-147.
7. Fakhim B., Hassani A., Rashidi A., Ghodousi P. Preparation and mechanical proprieties of graphene oxide: cement nanocomposites. The Scientific World Journal. 2014. Vol. 20, pp. 1-10.
ently, it is necessary to work with GO suspension composition or with solution gauging water. For example, it is possible to check influence of bivalent and trivalent cations on structure-forming properties of graphene oxide by two methods — addition of nitrate of calcium and nitrate of aluminum in GO suspension and also addition of the same components in the course of mixing of cement mortar.
8. Yang H., Monasterio M., Cui H., Han N. Experimental study of the effects of graphene oxide on microstructure and properties of cement paste composite. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2017. Vol. 102, pp. 263-272.
9. Xiangyu Li, Zeyu Lu, Samuel Chuah and etc. Effect of grapheme oxide aggregates on hydration degree, sorp-tivity, and tehsile splitting strength of cement paste. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing.
2017. Vol. 100, pp. 1-8.
10. Федорова Г.Д., Баишев К.Ф., Скрябин А.П. Оксид графена как перспективный материал для цементных композитов // Научное обозрение. 2017. № 12. С. 36-41.
10. Fedorova G.D., Baishev K.F., Skryabin A.P. Graphene oxide as a promising nanomaterial for cement. Nauchnoe obozrenie. 2017. No. 12, pp. 36-41. (In Russian).
11. Федорова Г.Д., Александров Г.Н., Скрябин А.П., Баишев К.Ф. Влияние оксида графена на прочность при сжатии цементного камня // Строительные материалы. 2018. № 1-2. С. 11-17.
11. Fedorova G.D., Alexandrov G.N., Scryabin A.P., Baishev K.F. Influence of graphene oxide on compressive strength of cement paste. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 1-2, pp. 11-17. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-756-1-2-11-17. (In Russian).
12. Kapitonov A.N. et al. Characterization of graphene oxide suspension for fluorescence quenching in DNA-diagnostics. Korean Journal of Materials Research. 2016. Vol. 26. No. 1, pp. 1-7.
13. Peng Hui, Ge Yaping, Cai C.S. and etc. Mechanical properties and microstructure of grapheme oxide cement-based composites. Construction and Building Materials. 2019. Vol. 194, pp. 102-109. https://doi. org/10.1016/j.conbuildmat.2018.10.234
14. Wu-Jian Long, Jing-Jie Wei, Feng Xing and etc. Enhanced dynamic mechanical properties of cement paste modified with graphene oxide nanosheets and its reinforcing mechanism. Cement and Concrete Composites. 2018. Vol. 93, pp. 127-139. https://doi. org/10.1016/j.cemconcomp.2018.07.001
15. Zhao Li, Guo Xinli, Liu Yuanyuan, Zhao Yuhong and etc. Hydration kinetics, pore structure, 3D network calcium silicate hydrate, and mechanical behavior of graphene oxide reinforced cement composites. Construction and Building Materials.
2018. Vol.190, pp.150-163.https://doi.org/10.1016/j. conbuildmat.2018.09.105
