Группа исследователей из Национального Института Стандартов и Технологий США (NIST) и Северо-западного Университета получили новую информацию об одном из древнейших конструкционных материалов человечества – цементе.
Схематическое отображение частиц силикат-гидрата кальция (C-S-H) в цементе. Сплошным красным отмечены фрагменты силиката кальция, розовые зоны с вкраплениями – места физического связывания воды со слоями и образование твердого C-S-H. Темно-синие гало вокруг частиц C-S-H – вода, адсорбированная на поверхности, бледно-голубые зоны – жидкая вода, запертая в нанопорах (По материалам Nature Materials).
Несмотря на то, что цемент известен cо времен Римской Империи, его свойства еще не ясны до конца. Для правильного образования этот материал требует точного количества воды. С водой цемент образует гель, сложную сеть наночастиц, имеющую техническое название силикат-гидрат кальция (C-S-H). При высыхании воды гелеобразная структура превращается в твердый материал, который (если рецептура была соблюдена) может оставаться неизменным веками, даже при контакте с водой.
Вместо традиционно используемого гравиметрического анализа выделяющейся при высыхании цемента воды исследователи из США изучали C-S-H с помощью малоуглового рассеяния нейтронов и ультрамалоуглового рентгеновского рассеивания. Их эксперименты впервые позволили классифицировать молекулы воды по их локализации в цементе. Ученым удалось различить и измерить относительное содержание воды, физически связанной с внутренней структурой твердых наночастиц C-S-H и адсорбированной или жидкой воды, находящейся в пространстве между частицами. Также были получены количественные характеристики наноструктуры гидроксида кальция, существующей совместно с гелем C-S-H. Новые данные могут быть привлечены для определения химически активной площади поверхности цемента и свойств изделий на его основе.
