Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Исследования процесса гидратации вяжущих материалов методом спиновых меток

Ключевые слова:  гидратация, периодика, радиоспектроскопия, спиновые метки

Автор(ы): Фанина Е.А

Опубликовал(а):  Фанина Евгения Александровна

01 марта 2009

С помощью метода радиоспектроскопии с использованием спиновых меток можно изучать кинетику гидратации силикатных материалов. Спиновые метки – это стабильные радикалы с функциональными группами, способными специфически взаимодействовать с различными системами. В исследуемую систему вводят парамагнитные молекулы, которые дают характерные сигналы электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Сигналы ЭПР спиновых меток зависят от их молекулярного строения и физико-химических свойств системы, в которой они находятся, а их парамагнитные свойства определяются наличием неспаренного электрона, обладающего спином и являющегося источником сигнала ЭПР. Таким образом, свободные радикалы становятся тонким инструментом химического структурного анализа.
Если радикал поместить в цементое тесто с различным содержанием твердой и жидкой фазы, то можно регистрировать спектры ЭПР в различные промежутки времени.
При затворении цементного теста в первый момент времени (до 30 с) происходит изменение структуры воды и ее распределение между дисперсной фазой.
В зависимости от соотношения дисперсной фазы и дисперсионной среды можно наблюдать постепенное изменение сигнала ЭПР – свободная вода переходит в связанную. Начальная концентрация дисперсионной среды 10 – 19 % (мас.) соответствует полному связыванию воды в течение 7 суток. При содержании воды в цементном тесте более 19 % видны сигналы от молекул иминоксила, находящихся в воде, не связанных в кристаллизационную форму. С увеличением времени гидратации расщепление электронных уровней для молекул метки становится меньше и, наконец, приобретает конфигурацию, соответствующую нахождению электронов в кристалле.
Через 3 -5 суток после затворения цементного теста концентрация радикалов снижается. Снижение концентрации свободных радикалов позволяет высказать предположение о возможности протекания гидратации портландцементов по радикальному или ион-радикальному механизму, так как в соответствии с химическими свойствами молекулы иминоксила взаимодействуют с достаточно активными радикалами R●, ●OH, H●.
Разрыв связей в молекулах воды может протекать по ионному (1), радикальному (2) или смешанному маршрутам: 1) H2O = H+ + OH- ; 2) H2O = H● + ●OH.
Наиболее вероятен смешанный маршрут начальной стадии гидратации вяжущих материалов. Варьируя параметры течения двух параллельных реакций (концентрации реагирующих веществ), можно существенно изменить соотношение составов морфологических фаз, образующихся при твердении портландцементов.
Структура воды оказывает большое влияние на процесс гидратации и морфологию вяжущего материала, поэтому при введении добавок, генерирующих свободные радикалы можно изменять морфологическую структуру силикатных материалов и значительно увеличивать их прочность.



Средний балл: 10.0 (голосов 2)

 


Комментарии
Владимир Владимирович, 01 марта 2009 07:05 
Очень интересно и познавательно!
Но где же показательные спектры и графики?
И немедленно возникает вопрос: если в нашем "цементном тесте" замешаны "радикальные маршруты", то почему же наш весьма чувствительный ЭПР спектрометр не сможет наблюдать "радикалы" этих "маршрутов" напрямую?
Или все-таки, по аналогии с радикальной полимеризацией, совсем не обязательно независимое наличие/возникновение каких-либо радикалов в системе для деградации радикалов, внесенных извне?
Все есть: и спектры и графики. (Лопанова, Е.А. Радиоспектроскопические исследования процесса гидратации силикатов с помощью спиновых меток // Вопросы материаловедения. – № 3 (39). – 2004. – С.34 –41.)
fozgen, 02 марта 2009 17:55 
Варьируя параметры течения двух параллельных реакций (концентрации реагирующих веществ), можно существенно изменить соотношение составов морфологических фаз, образующихся при твердении портландцементов.
А есть публикации подтверждающие зависимость
структуры силикатов от концентрации свободных
радикалов?
Если есть графики с комментариями для обсуждения - присылайте, выложим в эту же статью.
"Интересно и познавательно" говорите? Пожалуй, да... А, вот, скажите, пожалуйста, насколько этот самый радикал химически устойчив в сильнощелочной среде (насыщенный Ca(OH)2 - жидкая фаза цементного раствора)? Про радикальный механизм - в упор не понял, можно ли растолковать, начиная с сорбции воды на поверхность кристалла, скажем, Ca3SiO5 и далее до формирования C-S-H и раствора Ca(OH)2? А заодно уж и пояснить в какой форме и в каких именно кристаллах будет находиться этот самый радикал или что такое "электроны в кристалле" (по тексту)?
Да, и что подразумевается под "структурой воды"? И насколько меняется прочность? А со временем?
Владимир Владимирович, 02 марта 2009 22:50 
Александр Валерьевич,
Так ведь очень интересно!
И вопросы–то как раз о конкретности "показательности":
1) Поскольку заявлено в абстракте:
Показано, что добавление веществ, генерирующих активные свободные радикалы, приводит к увеличению прочности.
То просьба или показать (обосновать) в тексте, или привести реальность в соответствие с действительностью.
2) Просьба объяснить на конкретных примерах, как генерируются радикалы в системе (сравнение энергий "маршрутов" было бы уместно), а также пояснить, почему-таки необходима их генерация для объяснения деградации радикала-пробы (например, в сравнении с реакциями радикальной полимеризации). И, правда, образуются атомы водорода? (Может можно тогда использовать строительные материалы для водородной энергетики? )
3) Ваши вопросы выше с радостью присоединим к списку.
Евгения Александровна, занимаюсь подобной темой, не могли бы вы быложить в полном виде эту статью, буду очень благодарен!

Владимир Владимирович, на счет вашего ЭПР спектрометра могу сказать, что он не достаточно чувствителен для данного исследования, возможно наблюдать "радикалы" этих "маршрутов" напрямую!!
И, правда, образуются атомы водорода?(Может можно тогда использовать строительные материалы для водородной энергетики?)

на сколько я знаю проблем в получении атомарного водорода нет, проблема в его сохранении:)
Владимир Владимирович, 03 марта 2009 08:23 
на счет вашего ЭПР спектрометра могу сказать, что он не достаточно чувствителен для данного исследования, возможно наблюдать "радикалы" этих "маршрутов" напрямую!!
Oчень разумно, Дмитрий Александрович!
И какие тогда есть доказательства, что радикалы в системе генерируются, особенно водородa??
Владимир Владимирович, 03 марта 2009 08:27 
на сколько я знаю проблем в получении атомарного водорода нет, проблема в его сохранении:)

Это из "цементного теста" нет проблем в получении водорода??
вы писали: И, правда, образуются атомы водорода?(Может можно тогда использовать строительные материалы для водородной энергетики?)

я имел в виду что проблема с водородным топливом состоит в его безопасном хранении, что пока неосуществимо.

Владимир Владимирович, у вас есть данная статья? хотел бы ознакомиться подробнее, позже отвечу на вопросы
Владимир Владимирович, 03 марта 2009 09:21 
Про водород - это у автора написано выше схематично.
(А у меня только ирония разве что)
И нет у меня статьи, к сожалению.
Я бы с ней с удовольствием ознакомился, контекстно размещенной в рамках данной публикации. А то пока - чудеса в "тесте" да и только.
Трусов Л. А., 03 марта 2009 22:15 
графики хотим! и методы получения водорода тоже.
лучше статью целиком)
Публикация любопытная. 1)Тематикой - до сих пор не все ясно в механизмах гидратации, схватывания и набора прочности портландцемента. 2) Методологическими неточностями. Какова цель? Судя по всему, структурный аспект гидратации. Что изучаем? Судя по всему, кинетику рекомбинации относительно стабильного радикала в существенно гетерогенной системе (с набором разнообразных ловушек для любого радикала). Где сидит метка? Непонятно. Где бы мы хотели, чтобы она находилась? Неясно. Есть ли парамагнитные центры в свежеполомолотом клинкере? Да, как в любом твердом теле, подвергнутом хрупкому разрушению. Можно ли их использовать для структ. нужд? Не знаю, но их локализация более определенна , чем у ТМГПО. Как могла бы выглядеть эта работа (структ.аспект гидратации)? ЯМР (но на протонах - много уже делали), а вот на других ядрах (напр. на 17О, с изотопным обогащением или отдельных фаз клинкера, или воды затворения) - весьма интересно пробовать.

Я никогда не направлял (да и скорее всего более не буду) комментарии в "Нанометр", но за направление работы стало обидно.
Andrey Kalinichev, 05 марта 2009 02:09 
А не могли бы Вы выслать копию статьи на kalinich{at}chemistry.msu.edu ?

Заранее спасибо.

Взамен, если интересно, можете скачать немного про структуру воды в цементе: https://www.msu.edu/~kalinich/ccr2007b.ht m

Как раз позавчера подробно рассказывал об этом тут: http://www.l...50000540AB3
Люди добрые выложите пожалуйста статью!
Андрей, я хоть и Евгения Александровна, но ссылкой на Вашу статью воспользовался. Большое за нее (ссылку) спасибо.
fozgen, 11 марта 2009 19:44 
На химическом форуме добрые люди выложили скан
статьи. Все желающие могут почитать.
Андрей (Калиничев), можно несколько вопросов по Вашей статье?
1. Почему для моделирования использовали Mg(OH)2, а не портландит, который гораздо в данном вопросе актуальнее?
2. Не могли бы Вы поделиться (можно на мыло) описанием использованного потенциала (ссылка 46 из статьи), а также более подробно описать методику расчета коэф. диффузии и сопоставления их с экспериментом?
3. Какова Ваша оценка роли приповерхностного структурирования поровой воды в механических свойствах цементного камня?
Заранее спасибо.

фозгену.
а ссылочку не подкинете? Опять же заранее спасибо...
вот ссылка http://www.c...amp;t=29650
Andrey Kalinichev, 15 марта 2009 18:42 
Кнотько:

Вообще-то я сюда заглядываю очень редко и нерегулярно. Мой e-mail есть на сайте.

1. По бруситу просто в тот момент были более свежие и несколько более подробные результаты:
https://www.msu.edu/~kalinich/gca2004.htm
Портландит был исследован несколько ранее, и разница между ними в данном контексте совсем незначительная:
https://www.msu.edu/~kalinich/cm2002-Cl-a ll.htm

2. Опять же, все есть на сайте:
https://www.msu.edu/~kalinich/jpcb2004.ht m
Если есть конкретные вопросы - задавайте.

Диффузия считалась стандарным для МД образом через статистику средне-квадратичных перемещений модекул (mean squared displacement). Вот тут подробности сравнения с экпериментом:
https://www.msu.edu/~kalinich/ccr2007a.ht m http://www.s...article.pdf

Более подробную статью с новыми расчетами как раз сейчас пишу.

3. Пока нет хорошего количественного ответа на этот вопрос. Там много разновлияющих факторов. Вот надавний обзор на близкую тему: http://www.n...at1871.html
Спасибо!
Господа, подкиньте еще пожалуйста литературки по современному представлению гидратации цемента!

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Вглубь материи
Вглубь материи

Интервью с участниками, авторами задач и организаторами XIII Олимпиады
Предлагаем ознакомиться с подборкой видеороликов - миниинтервью, взятых в течение очного тура XIII Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" (25 - 30 марта 2019 года).

Неделя Олега Лосева
Портал RSCI.RU и инициаторы проведения "Недель Олега Лосева" приглашают все вузы и факультеты физико-технологического и радиоэлектронного профиля к участию в первой Неделе Олега Лосева в Рунете, посвященной Олегу Владимировичу Лосеву - признанному пионеру полупроводниковой электроники и оптоэлектроники.

Магистратура Московского университета по химической технологии
Химический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова объявляет о приеме в магистратуру "Химическая технология" для подготовки специалистов в области полимерных композиционных материалов, углеродных материалов, защитных покрытий.

Интервью с Константином Козловым - абсолютным победителем XIII Наноолимпиады
Семенова Анна Александровна
Школьник 11 класса Константин Козлов (г. Москва) стал абсолютным победителем Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" 2018/2019 по комплексу предметов "физика, химия, математика, биология". О своих впечатлениях, увлечениях и немного о планах на будущее Константин поделился с нами в интервью.

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.