Томские ученые нашли способ повысить прочность цемента на 30%

Исследователи Томского государственного архитектурно-строительного университета (ТГАСУ) совместно с индустриальными партнерами нашли способ существенно повысить прочность цементного камня — материала, который используется в строительстве для создания бетонных конструкций. Как сообщается в исследовании, применение комплексной химической добавки и ультразвуковой обработки воды позволяет увеличить прочность на 15–30 процентов в зависимости от марки цемента.

Традиционно для улучшения свойств цементных материалов применяются наноразмерные частицы, такие как нанокремнезем, нанооксид алюминия, углеродные нанотрубки и графен. Эти добавки заполняют микропоры, ускоряют затвердевание и снижают усадочные деформации. Однако у них есть существенные ограничения: не все наночастицы хорошо сочетаются друг с другом или с конкретным типом цемента, а также склонны к агрегации — оседанию «комками» без специальной обработки, что снижает эффективность добавки.

Суть эксперимента

Ученые провели эксперимент на цементах двух марок: ЦЕМ I 52,5Н и ЦЕМ II/А 42,5Б. В цементную смесь вводилась комплексная добавка из нанодисперсного оксида кремния и микродисперсного карбоната кальция, а вода для затворения обрабатывалась ультразвуком. Такой подход позволил активировать воду и улучшить взаимодействие компонентов.

Профессор кафедры физики, химии и теоретической механики ТГАСУ Николай Горленко отметил: «Установлено возрастание гидравлической активности цемента, причем эффект усиливается с повышением его марки. А ультразвуковая обработка жидкости затворения активирует воду по отношению к цементу. Наиболее значимый эффект достигнут при совместном модифицировании цемента и воды: прочность цементного камня увеличивается на 15–30 процентов».

Перспективы применения

Полученные данные открывают новые возможности для оптимизации составов цементных композиций и повышения эксплуатационных свойств строительных материалов. В перспективе это позволит создавать более долговечные бетонные конструкции, снижать расход цемента и сокращать энергозатраты на производство. Это особенно важно для строительной отрасли, где качество материалов напрямую влияет на безопасность и срок службы зданий.

В дальнейшем ученые планируют подобрать оптимальные составы и концентрации химических добавок для строительных материалов на основе цемента, а также изучить влияние других физических факторов, таких как магнитное и электромагнитное поля, вибрация, на свойства материалов. Работа выполнена в рамках национального проекта по обеспечению технологического лидерства «Новые материалы и химия» и поддержана программой «Приоритет-2030».

Эти исследования могут стать важным шагом к внедрению более эффективных и экологичных технологий в строительстве, снижая себестоимость и повышая надежность конструкций.