Improving the performance characteristics of concrete and, above all, the compression and bending strength is a very urgent task. This problem is usually solved by modifying concrete with various organic and inorganic products of the chemical industry. In the last decade, nanomaterials, including carbon nanomaterials, are actively used as modifiers. Few-layer graphene and graphene oxide are the most promising modifiers. Few-layer graphene can be produced on an industrial scale using the liquid-phase shear exfoliation of crystalline graphite. This technology is fundamentally different from that of producing few-layer graphene from graphite oxide since it does not use strong acids and ultrasound processing, which reduces the cost of the finished product by ten folds. The paper presents the results of the study of the process of modifying cement mixtures with the few-layer graphene produced by the liquid-phase shearing exfoliation of graphite. The modification was carried out by using slurry as mixing water with the few-layer graphene concentrations of 0.02 to 0.07 % relative to cement. To determine the strength characteristics of cement, 40×40×160 mm sample beams were made. Cement solutions and samples were prepared in full compliance with the Standards. The samples were tested for compression and three-point bending. It was experimentally established that the maximum relative strength is achieved at the 0.05–0.06 wt. % concentration (relative to cement) of few-layer graphene, and the further increase in concentration does not lead to the increase in strength. In particular, the compressive strength increases 1.7–2.5 times, when the bending strength increases 1.2–1.5 times. It should be particularly noted that as the compressive strength of a control sample (not modified with the few-layer graphene) increases, the modification effectiveness decreases.
Повышение эксплуатационных характеристик бетонов – и в первую очередь прочности на сжатие и изгиб – является весьма актуальной задачей. Ее традиционно решают путем модифицирования бетона различными продуктами химической промышленности органического и неорганического происхождения. В последнее десятилетие в качестве модификаторов активно используют наноматериалы, в том числе углеродные. Наиболее перспективными модификаторами являются малослойный графен и оксид графена. Малослойный графен можно получать в промышленных масштабах с использованием жидкофазной сдвиговой эксфолиации кристаллического графита. Данная технология принципиально отличается от технологии получения малослойного графена из оксида графита, поскольку в ней не используются сильные кислоты и ультразвуковая обработка, что в десятки раз снижает себестоимость готового продукта. В статье приведены результаты исследования процесса модифицирования цементных смесей малослойным графеном, полученным жидкофазной сдвиговой эксфолиацией графита. Модифицирование осуществляли путем использования в качестве воды затворения суспензии, с концентрациями малослойного графена по отношению к цементу от 0,02 до 0,07 %. Для определения прочностных характеристик цемента изготавливали образцы-балочки размером 40×40×160 мм. Цементные растворы и образцы готовили в полном соответствии с ГОСТами. Образцы испытывали на сжатие и трехточечный изгиб. Экспериментально установлено, что максимальная относительная прочность достигается при концентрации 0,05–0,06 мас. % (по отношению к цементу) и дальнейшее увеличение концентрации не приводит к увеличению прочности. В частности, прочность на сжатие повышается в 1,7–2,5 раза, а на изгиб – в 1,2–1,5 раза. Особо следует отметить, что по мере увеличения прочности на сжатие контрольного образца (не модифицированного малослойным графеном) эффективность модифицирования снижается.