Томские ученые нашли способ повысить прочность цемента на 30% с помощью ультразвука и нанодобавок

Исследовательская группа Томского государственного архитектурно-строительного университета совместно с индустриальными партнерами разработала инновационную технологию модификации цемента, позволяющую увеличить прочность цементного камня на 15–30 процентов.

Ключевыми элементами метода стали комплексная добавка из нанооксида кремния и микрокарбоната кальция, а также предварительная ультразвуковая обработка воды, используемой для затворения смеси. Результаты экспериментальной работы опубликованы в «Вестнике ТГАСУ», где подробно описаны механизмы взаимодействия компонентов и их влияние на конечные характеристики материала.

В ходе испытаний, проведенных на цементах двух различных марок, ученые столкнулись с классической проблемой нанотехнологий — склонностью мельчайших частиц к агломерации, которая нивелирует положительный эффект от их введения.

Однако предложенный подход, сочетающий химическую модификацию с физическим воздействием на жидкую фазу, позволил решить эту задачу: равномерное распределение частиц в объеме смеси и их активное взаимодействие с продуктами гидратации обеспечили существенный прирост прочностных свойств. Наиболее впечатляющие результаты были получены при комплексной модификации — когда одновременно применялась и добавка, и ультразвуковая активация воды, причем чем выше была марка цемента, тем заметнее проявлялся эффект.

Профессор кафедры физики, химии и теоретической механики ТГАСУ Николай Горленко пояснил, что ультразвуковая обработка воды приводит к изменению ее структуры и повышению реакционной способности по отношению к цементу, что в совокупности с действием наночастиц дает синергетический эффект.

Промышленное применение технологии позволит, по расчетам авторов, создавать более долговечные и надежные бетонные конструкции, одновременно сократив расход вяжущего материала и снизив энергозатраты на производственном цикле. В ближайших планах коллектива — оптимизировать рецептуры добавок для различных условий эксплуатации, а также изучить влияние других физических факторов, таких как воздействие магнитного поля и вибрации, на активность цементного теста и его конечные характеристики.