Влияние фуллереновой сажи на свойства тампонажных смесей
https://doi.org/10.33979/2073-7416-2026-123-1-110-127
Аннотация
Разработка цементных составов для повышения качества конструкции является одним из основных направлений в строительном материаловедении. Согласно анализу существующих исследований, использование углеродсодержащих добавок для повышения характеристик цементных смесей противоречиво и сильно зависит от доступности добавки и технического задания. Описан механизм взаимодействия углеродного модификатора с вяжущими материалами. Представлен минеральный и фазовый состав используемого стандартного тампонажного портландцемента. В статье рассмотрено влияние добавки в виде фуллереновой сажи на структурно-реологические свойства цементного теста. Рентгенофазовый состав модифицированных цементов зафиксировал отсутствие химического взаимодействия углеродной добавки с продуктами гидратации цемента. Полученные результаты физико-механических испытаний показали рост прочности цементного камня при твердении в условиях нормальных и умеренных температур. С помощью компьютерной томографии были рассчитаны показатели объема порового пространства и пористости образцов. Установлено оптимальное содержание фуллереновой добавки для повышения характеристик цементного состава. Представленное исследование предлагает одно из возможных решений проблемы разработки тампонажного материала для повышения герметичности и долговечности скважин.
Ключевые слова
цементирование скважин,
прочность,
пористость,
углеродная добавка,
фуллереновая сажа,
тампонажная смесь
Об авторе
В. С. Ковальчук
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
Россия
Россия
Ковальчук Влада Станиславовна - соискатель
г. Санкт-Петербург
Список литературы
1. Taiwo A. S., Ayre D. S., Khorami M., Rahatekar S. S. Assessment of the Mechanical and Microstructural Performance of Waste Kraft Fibre Reinforced Cement Composite Incorporating Sustainable Eco-Friendly Additives // Buildings. 2024. Vol. 14 (9). Article No. 2725. DOI: 10.3390/buildings14092725
2. Lima V. N., Skadsem H. J., Beltrán-Jiménez K., Velloso R. Q., de Andrade Silva, F. The effect of PVA microfiber reinforcement on the mechanical and rheological behavior of class G oil well cement pastes // Construction and Building Materials. 2023. Vol. 391. Article No. 131806. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2023.131806
3. Roli A., Joel O., John A. Effect of Silica Flour and Potasium Chloride as Additives in the Rhelogical Properties of High Temperature High Pressure Gas Well Cement Slurry // Journal of Engineering Research and Reports. 2023. Vol. 25. P. 66-78. DOI: 10.9734/jerr/2023/v25i4903
4. Chen W., Wang C., Yao X., Song W., Zou Y. Effect of a 2-Acrylamido-2-methylpropanesulfonic Acid-Based Fluid Loss Additive on the Hydration of Oil Well Cement // ACS Omega. 2024. Vol. 9 (8). P. 9090-9097. DOI: 10.1021/acsomega.3c07890
5. Tang L., Fořt J., Černý R., He Z. Sustainable Utilization of Modified Electrolytic Manganese Residue as a Cement Retarder: Workability, Mechanical Properties, Hydration Mechanisms, Leaching Toxicity, and Environmental Benefits // Buildings. 2025. Vol. 15 (10). Article No. 1586. DOI: 10.3390/buildings15101586
6. Cai J., Wang M., Zhou S., Cheng X. Mechanical Properties of Graphite-Oil Well Cement Composites under High Temperature // ACS Omega. 2022. Vol. 7 (16). P. 14148-14159. DOI: 10.1021/acsomega.2c00717
7. Li M., Meng F., Guo X. Y. Mechanical Properties and Mechanism of Graphite Oxide Reinforced Oil Well Cement // Materials Science Forum. 2016. Vol. 847. P. 445-450. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.847.445
8. Qian Z., Luan C., Yu, C., Huang Y., Zhou Z. Mechanisms of carbon black in multifunctional cement matrix: Hydration and microstructure perspectives // Construction and Building Materials. 2022. Vol. 346. Article No. 128455. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.128455
9. Sammer T., Nasiri A., Kostoglou N., Ravi K., Raith J. Insight into Carbon Black and Silica Fume as Cement Additives for Geoenergy Wells: Linking Mineralogy to Mechanical and Physical Properties // C. 2024. Vol. 10 (3). Article No. 71. DOI: 10.3390/c10030071
10. Yunusov F., Larionova T. V., Tolochko O., Breki A. D. Tribological Properties of Al-Based Composites Reinforced with Fullerene Soot // Materials. 2021. Vol. 14 (21). Article No. 6438. DOI: 10.3390/ma14216438
11. Zeynalov E. B., Allen N. S., Magerramova M. Ya., Huseynov A. B. Evaluation of the antioxidative efficacy of fullerene soot doped by C60/C70 (85/15) for low-density/high pressure polyethylene nanocomposites // Azerbaijan Chemical Journal. 2024. Vol. 4. P. 18-26. DOI: 10.32737/0005-2531-2024-4-18-26
12. Шпилевский Э. Фуллерены – новые молекулы для новых материалов // Наука и инновации. 2006. №5 (39). C. 32-38.
13. Daniel G. B., Nachimuthu K., Nallasivam J. L. Functionalization of [C60] – Fullerene: A Recent Update // Cemistry - An Asian Journal. 2025. Vol. 20 (9). Article No. e202401800. DOI: 10.1002/asia.202401800
14. Urkhanova L. A., Lkhasaranov S. A., Buyantuev S. L. Modification of cement and concrete with carbon nanomaterials, obtained by plasma method // International Journal of Civil Engineering and Technology. 2018. Vol. 9 (1). P. 652-656.
15. Урханова Л. А., Лхасаранов С. А., Буянтуев С. Л. Кузнецова А. Ю. О влиянии углеродных наноматериалов на свойства цемента и бетона // Нанотехнологии в строительстве. 2016. №8 (5). С. 16-41. DOI: 10.15828/2075-8545-2016-8-5-16-41
16. Пухаренко Ю. В., Аубакирова И. У., Никитин В. А., Летенко Д. Г., Староверов В. Д. Модифицирование цементных композитов смешанным наноуглеродным материалом фуллероидного типа // Технологии бетонов. 2013. №12 (89). С. 13-15.
17. Пухаренко Ю. В., Староверов В. Д., Рыжов Д. И. Фуллероидные углеродные наночастицы для модификации бетонов // Технологии бетонов. 2015. № 3-4 (104-105). С. 40-43.
18. Рыжов Д. И. Особенности изменения фазового состава цемента, модифицированного углеродными наночастицами, в процессе гидратации // Вестник гражданских инженеров. 2016. №6 (59). С. 141-146.
19. Пухаренко Ю. В., Рыжов Д. И., Староверов В. Д. Особенности структурообразования цеметных композитов в присутствии углеродных наночастиц фуллероидного типа // Вестник МГСУ. 2017. Т. 12. №7 (106). C. 718-723. DOI: 10.22227/1997-0935.2017.7.718-723
20. Пухаренко, Ю. В., Староверов В. Д., Рыжов Д. И. Наномодифицированные добавки в бетоны для транспортного строительства // Транспорт Российской Федерации. 2014. №5 (54). С. 26-30.
21. Abou-Nouh F., Afraitane H., Farah M., Jaafri R. The Effects of Particle Radius, Porosity, and Void Distribution on the Compressive Strength of Cellular Concrete // Construction Materials. 2025. Vol. 5 (1). Article No. 15. DOI: 10.3390/constrmater5010015
22. Chung S-Y., Lehmann C., Abd Elrahman M., Stephan D. Pore Characteristics and Their Effects on the Material Properties of Foamed Concrete Evaluated Using Micro-CT Images and Numerical Approaches // Applied Sciences. 2017. Vol. 7 (6). Article No. 550. DOI: 10.3390/app7060550
23. Mia M. S., Medepalli S., Takahashi Y., Tsuchiya K., Ishida T. Effect of microstructure differences on the thermal and mechanical behaviors of porous cementitious composites using phase change materials // Journal of Intelligent Construction. 2025. Vol. 3 (1). Article No. 9180076. DOI: 10.26599/JIC.2025.9180076
24. Werner H., Herein D., Blöcker J., Henschke B., Tegtmeyer, U., Schedel-Niedrig Th., Keil M., Bradshaw A. M., Schlögl R. Spectroscopic and chemical characterisation of “fullerene black” // Chemical Physics Letters. 1992. Vol. 194. P. 62-66. DOI: 10.1016/0009-2614(92)85743-T
25. Alekseyev N. I., Dyuzhev G. A. Fullerene formation in an arc discharge // Carbon. 2003. Vol. 41 (7). P. 1343-1348. DOI: 10.1016/S0008-6223(03)00058-7
26. Kushch S. D., Kuyunko N. S. Fullerene black: Structure, properties and possible applications // Russian Journal of General Chemistry. 2011. Vol. 81. P. 345-353. DOI: 10.1134/S1070363211020113
Рецензия
Для цитирования:
Ковальчук В.С. Влияние фуллереновой сажи на свойства тампонажных смесей. Строительство и реконструкция. 2026;(1):110-117. https://doi.org/10.33979/2073-7416-2026-123-1-110-127
For citation:
Kovalchuk V.S. Effect of fullerene soot on the properties of grouting mixtures. Building and Reconstruction. 2026;(1):110-117. (In Russ.) https://doi.org/10.33979/2073-7416-2026-123-1-110-127
Просмотров:
68
JATS XML
Послать статью по эл. почте 