Введение. Наномодификация свойств является одним из основных направлений современного материаловедения. Цемент и бетон являются идеальными системами для применения нанотехнологий [1]. Введение наномодификаторов в бетонную смесь позволяет получить более экономичный и качественный продукт за счёт улучшенной микроструктуры [2,3], позволяет регулировать плотность [4], скорость твердения и прочность конечного продукта [5-7].Для получения наночастиц обычно используют различные методы, например, пиролиз, механо-активация, гидротермальный синтез и др. [8]. Для применения этих методов необходимо использовать различные устройства и затратить энергию на нагрев, измельчение или синтез. Известны явления увеличения дисперсности частиц в результате гидролиза и образования гидратной оболочки из мелких частиц гидросиликатов кальция, размерность которых исчисляется несколькими нанометрами [9-11]. В результате протекания процесса гидролиза в процессе гидратации клинкерных минералов портландцемента на поверхности частиц образуются гидратные пленки из нанодисперсных новообразований гидросиликатов кальция или гидросульфоалюминатов кальция [11-16]. Согласно исследованиям E. Gallucci, P. Mathur, K. L. Scrivener [13] гидратные плёнки на цементных частицах начинают образовываться к 4-му часу гидратации. В более ранних работах [15,16] показано, что гидратные пленки на поверхности частиц трехкальциевого алюмината начинают образовываться уже в первые минуты взаимодействия цемента с водой, а у трехкальциевого силиката через 1 час. гидратации.В данной работе в качестве наномодификатора для бетона предлагается использовать цементный гель, полученный в результате предварительной гидратации цемента в виде цементной суспензии.Целью данного исследования являлось изучение влияния предварительно гидратированных цементных суспензий на свойства затвердевших цементных паст.Материалы и методы исследования. Для исследования физико-химических закономерностей твердения вяжущих композиций использовался цемент марки 500 Д0 (CEM I 42,5 H) АО «Подольск-Цемент». Химический и минералогический состав клинкера представлен в таблице 1. Таблица 1 - Химический и минералогический состав клинкераХимический состав клинкера (%)Минералогический состав клинкера (%)CaO62,75Алит 60SiO220,10Al2O34,56Белит  12Fe2O38,72MgO1,99Трехкальциевый алюминат3SO30,57R2O1,58Алюмоферрит кальция21         Распределение частиц обычного и предварительно гидратированного в течение 2, 4 и 6 часов цементов определялось методом лазерной дифракции в соответствии с ГОСТ Р 8.777-2011 ГСИИсследовались следующие составы цементных паст: контрольный состав – исходный цемент без добавок; цементные пасты с маркировкой ПГД2 10%, ПГД4 10%, ПГД6 10% - смесь, приготовленная с применением, предварительно гидратированной добавкой (ПГД) в течение 2, 4 и 6 часов соответственно, количество сухих веществ в которой равно 10% от массы цемента образца. Нормальную густоту и сроки схватывания оценивали в соответствии с ГОСТ 310.3-76 для каждого состава цементного теста. Плотность, , цементного теста нормальной густоты определяли в кольце от прибора Вика по следующей формуле:  (1)Влияние добавки на физико-механические характеристики затвердевших цементных паст оценивали на образцах кубах 20х20х20 мм (по 3 куба на каждый состав), приготовленных на цементном тесте нормальной густоты. Проводили испытания образцов в возрасте 2, 7, 14 и 28 суток. Физические характеристики определялись с помощью штангенциркуля и лабораторных электронных весов. Прочность на сжатие определялась на установке MCC Classic 50-C8422/C при скорости нагружения равной 400 Н/с. Среднее сопротивление на сжатие, Rсж (МПа), образцов, полученных из каждого состава, рассчитывалось в соответствии с формулой:(2)Результаты и обсуждениеВ результате измерения размеров частиц предварительно гидратированных цементных суспензий установлено, что количество частиц размером от 0,3 до 0,7 мкм и от 3 до 30 мкм резко увеличивается после 2-ух часов гидратации, в то время как количество частиц свыше 20 мкм наоборот снижается (рис. 1). Увеличение дисперсности объясняется проистекающими реакциями гидролиза силикатов кальция. В результате роста на гидратированных частицах оболочек из продуктов гидратации, по истечению 6 часов гидратации происходит снижение количества частиц размером от 0,3 до 0,7 мкм и от 3 до 30 мкм. Рисунок 1 - Дифференциальные кривые распределения частиц в исходном цементе и предварительно гидратированных цементных суспензиях в течение 2, 4-х и 6-ти часов.С увеличением дисперсности растёт удельная поверхность частиц и, следовательно, адсорбционная способность. Изменения адсорбционной способности цементных частиц влияет на нормальную густоту и плотность теста. С её увеличением повышается нормальная густота и, в результате увеличения количества воды затворения, снижается плотность и наоборот. Применение тонкодисперсных частиц в качестве добавки в цементную смесь, очевидно, приведёт к росту водопотребности цементного теста и к снижению количества свободной воды. Это подтверждается результатами определения нормальной густоты цементного теста, полученного из разных смесей (рис. 2).Рисунок 2 - Влияние предварительно гидратированных цементных суспензий в течение 2, 4-х и 6-ти часов на свойства цементных паст. Установлено, что применение добавки из цементных частиц, гидратированных в течение 2, 4 и 6 часов приводит к увеличению нормальной густоты теста на 12, 17 и 14% соответственно. В связи с увеличением необходимого количества воды затворения происходит снижение плотности цементного теста на 2,1; 3,5 и 1,4%. Это происходит из-за того, что в результате образования плёнки увеличивается размер частицы и, следовательно, снижается адсорбционная способность. Этот эффект (различия между распределением гидратированных частиц на 2-ой и 4-ый час) трудно различить на графиках, представленных на рисунке 1, но он присутствует. Некоторое снижение водопотребности, а, следовательно, и плотности цементных паст с добавкой предварительно гидратированного цемента в течение 6 часов обусловлено тем, что на частицах к 6-му часу гидратации, гидратная плёнка увеличивается, в результате дисперсность частиц несколько увеличивается и, следовательно, адсорбционная способность частиц снижается, что приводит к некоторому снижению водопотребности цементной пасты. Сформированная гидратная оболочка выступает в роли скользящей поверхности, препятствует слипанию частиц, в результате чего снижается нормальная густота и увеличивается плотность. Это подтверждается результатами эксперимента (Рис. 2).В результате определения сроков схватывания установлено, что увеличение продолжительности предварительной гидратации добавки ускоряет наступление начала и конца схватывания (рис. 3).  Согласно механизму образования цементного камня, описанного в работах ряда учёных [11,17,18], для перехода от коагуляционной структуры, в которой количество кристаллов-зародышей новой фазы невелико и связь между ними слабая, к кристаллической необходимо, чтобы сформировалось достаточное количество новообразований, которое привело бы к прочному срастанию кристаллов друг с другом [11]. Срастание происходит при заполнении пространства между частицами гидратными образованиями [19,20]. С введением гидратированной добавки количество новообразований с момента затворения увеличивается пропорционально времени её предварительной гидратации, т.е. возрастает количество зародышей новой фазы. Введение предварительно гидратированной цементной суспензии приводит к возрастанию общего количества зародышей новой фазы наряду с гидратирующимся цементом, что приводит к быстрой структуризации цементных паст в результате этого происходит ускорение схватывания цементного теста. Рисунок 3 - Cроки схватывания цементных паст исходного цемента и цемента с предварительно гидратированными цементными суспензиями в течение 2, 4-х и 6-ти часовВведение в состав цемента добавки из предварительно гидратированной цементной суспензии с дополнительными зародышами кристаллогидратов отражается и на наборе прочности цементных образцов. В результате исследования механических характеристик, а именно прочности на сжатие (рис. 4.) установлено, что с увеличением времени предварительной гидратации добавки увеличивалась прочность образцов во все сроки испытания. Рисунок 4 – Прочность цементных паст после 2 (a), 7 (б), 14 (в) и 28 (г) дней нормального твердения Качественное изменение прочности оценивали по тангенсу угла наклона или по коэффициенту k уравнения аппроксимирующей прямой (y=kx+m). Наибольшее изменение (k≈1,2) наблюдалось на 7-ые и 14-ые сутки. На 2-ые и 28-ые сутки значение коэффициента kсоставило 0,5 и 0,4 соответственно. Для наглядности были построены графики кинетики набора прочности цементных образцов различного состава (рис. 5). Как видно из представленных зависимостей прирост прочности образцов происходит в основном в ранние сроки твердения (7 и 14 суток), а в марочном возрасте прочности выравниваются. Рисунок 5 - Кинетика набора прочности цементных паст исходного цемента и цемента с предварительно гидратированными цементными суспензиями ЗаключениеИзучено влияние предварительно гидратированных цементных суспензий на свойства затвердевших цементных паст. В результате исследований установлено:По истечении 2-ух часов гидратации в результате гидролиза увеличивается дисперсность частиц. К 6-и часам в результате образования гидратных оболочек дисперсность постепенно снижается, но остается достаточно высокой чтобы рекомендовать предварительно гидратарованного цемента в виде цементной суспензии в качестве цементного геля для наномодифицирования бетона.Введение предварительно гидратированной добавки приводит к повышению водопотребности цементного теста при этом нормальная густота цементной пасты увеличивается на 12, 17 и 14% при продолжительности предварительной гидратации 2, 4 и 6 часов соответственно.Введение предварительно гидратированной добавки в цементное тесто приводит к сокращению сроков схватывания с увеличением продолжительности предварительной гидратации цементной суспензии за счет образования в ней дополнительных зародышей кристаллогидратов, что ускоряет процессы структурообразования цементных паст.Скорость набора прочности твердеющих цементных паст с добавкой 10% предварительно гидратированной цементной суспензии растёт с увеличением продолжительности предварительной гидратации добавки. Ощутимый прирост прочности происходит в ранние сроки твердения и практически не влияет на прочность цементных образцов в марочном возрасте.