Исследовательская группа профессора Ду Ёля Ю из Университета Ёнсе (Южная Корея) опубликовала в журнале «Cement and Concrete Research» исследование, в котором впервые использовала порошкообразный гидроксид кальция (CH) в качестве щелочного активатора для создания полностью безцементного сверхвысокодисперсного деформационно-упрочняющегося шлакового композита (SHSC).

Исследование направлено на решение проблем, связанных с высокой зависимостью традиционных деформационно-упрочняющихся цементных композитов (SHCC/ECC) от портландцемента (выбросы CO₂ более чем в 2,2 раза выше, чем у обычного бетона), а также с недостатками распространенных натриевых щелочных активаторов (миграция свободных ионов натрия, вызывающая высолы, и сложность работы с жидкими сильными щелочами). В работе систематически исследован механизм регулирования влияния дозировки CH (2,5–15 % от массы шлака) на кинетику гидратации шлака, степень полимеризации геля, свойства межфазной границы и поведение множественного растрескивания. Соотношение воды к вяжущему было зафиксировано на уровне 0,18, 20 % микрокремнезема использовалось для замещения шлака по массе, а для достижения эффекта деформационного упрочнения добавлялось 2 % по объему полиэтиленовых (ПЭ) волокон.

Результаты TG/DTG, pH и ICP-OES показали, что увеличение дозировки CH значительно повышает щелочность поровой жидкости, достигая максимального значения pH 12,32, что способствует образованию продуктов гидратации, таких как C-S-H гель и гидротальцит. Результаты ²⁹Si ЯМР подтвердили, что с увеличением дозировки CH с 2,5 % до 15 % средняя длина цепи (MCL) кремнекислородных тетраэдров в геле C-S-H возрастает с 3,14 до 6,29, что свидетельствует о значительном повышении степени полимеризации силикатной сетки. Анализ SEM показал, что увеличение дозировки CH приводит к уплотнению межфазной переходной зоны между волокном и матрицей, значительно повышая сопротивление выдергиванию волокон.

Механические испытания на макроуровне показали, что прочность на сжатие неуклонно растет с увеличением дозировки CH. 28-дневная прочность на сжатие группы с 15 % CH достигла 61,9 МПа, что на 18,8 % выше, чем у группы с 2,5 % CH. Деформация при растяжении во всех группах превысила 8 %. Группа с 15 % CH продемонстрировала оптимальные комплексные характеристики: прочность на растяжение 10,05 МПа, деформация при растяжении 9,19 %, плотность энергии деформации 664,9 кДж/м³. Ее пластичность при растяжении соответствует требованиям стандарта для арматурной стали класса HRB400. Количественный анализ с помощью цифровой корреляции изображений (DIC) показал, что средняя ширина трещин при пиковой деформации составляет всего 89–127 мкм.

Оценка жизненного цикла показала, что выбросы CO₂ у оптимальной группы с 15 % CH составляют 409,05 кг/м³, что на 70,2 % ниже, чем у традиционного цементного SHCC, и на 38,01 % ниже, чем у натриевой щелочной деформационно-упрочняющейся системы. Скрытая энергоемкость составила 8,50 ГДж/м³, что на 23,9 % ниже, чем у цементной системы.