Исследование влияния модифицирующих добавок на основе гелеобразных дисперсий углеродных наноматериалов на свойства строительных композитов

«Technique and Technology of Nanoproducts Manufacture», Russian Federation

POPOV Andrey Ivanovich, Ph.D. in Pedagogics, Associate Professor of the Department

«Technique and Technology of Nanoproducts Manufacture», Russian Federation

TOLCHKOV Yuri Nikolaevich, Master in Engineering and Technology, Graduate student, Russian Federation

PANINA Tatyana Ivanovna, Master in Engineering and Technology, Russian Federation Tambov State Technical University

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МОДИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК

НА ОСНОВЕ ГЕЛЕОБРАЗНЫХ ДИСПЕРСИЙ УГЛЕРОДНЫХ

НАНОМАТЕРИАЛОВ НА СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОМПОЗИТОВ

INVESTIGATION OF THE EFFECT OF MODIFYING ADDITIVES BASED ON THE GEL DISPERSION OF CARBON NANOMATERIALS ON THE PROPERTIES OF BUILDING COMPOSITES

В работе представлены результаты экспериментальных исследований по наномодифицированию мелкозернистого бетона углеродными нанотрубками. Анализ результатов исследований показал эффективность использования углеродного наноматериала (УНМ) «Таунит», незначительные добавки которого обеспечивают улучшение целого комплекса свойств строительного композита.

А.Г. ТКАЧЕВ и др. Исследование влияния модифицирующих добавок…

The paper presents the results of the experimental studies on the nanomodification of fine concrete with carbon nanotubes. The analysis of the results showed the effectiveness of the use of carbon nanomaterial (CNM) «Taunit». Taken in small quantities as an additive, it improves the whole complex of properties of construction composite.

нновационное развитие экономики России предполагает ускоренное обновление основных фондов предприятий, строительство новых и реконструкцию существующих зданий и сооружений на основе использования высококачественных конструкционных материалов, обладающих повышенной прочностью, морозостойкостью, долговечностью, водонепроницаемостью и т.д. Разработка эффективных технологий получения таких материалов и организация их промышленного производства являются одними из приоритетных задач, стоящих перед научно-техническим комплексом отрасли стройматериалов [1]. С учетом того, что наиболее востребованные технологии получения бетонов подразумевают обязательное использование эффективных добавок, наиболее перспективной идеей является реализация принципов нанотехнологического управления структурой и свойствами различных композитов строительного назначения.

В настоящее время активно разрабатываются и находят практическое применение углеродные наноструктуры, обладающие высокой поверхностной энергией и мощным дисперсионным взаимодействием. Это открывает новые возможности для создания наноструктурированных строительных композитов с улучшенными функциональными характеристиками. Положительные результаты по модифицированию бетонов углеродными наноструктурами получены при использовании УНМ «Таунит», представляющими собой фуллереноподобные тубулирован-

А.Г. ТКАЧЕВ и др. Исследование влияния модифицирующих добавок… ные связи и пучки углеродного наноструктурного материала среднего наружного диаметра порядка 40 нм, внутреннего – 5 нм, длиной около 2 мкм [2, 3]. Использование их в качестве модификатора позволяет в среднем повысить прочностные характеристики строительных материалов на 20%.

Целью исследований было создание полифункциональных модифицирующих добавок различной природы на основе углеродных трубок в виде устойчивых систем, которые бы обеспечили наибольшее положительное изменение физико-механических характеристик строительных композитов при их минимальном расходе. Для решения данной задачи необходимо добиться хорошего сопряжения между поверхностью УНМ и матрицей, что позволит обеспечить эффективную передачу нагрузки от материала к нанотрубке и, в конечном счете, приведет к повышению прочностных характеристик композита. При этом процесс развития структуры цементного камня следует рассматривать как создание совокупности динамических структур в виде комплекса, существование которого поддерживается за счёт определенных процессов синтеза и распада новообразований.

При использовании углеродных наноматериалов в качестве модифицирующих добавок важной задачей является создание такой формы модификатора, которая может быть практически реализована в производственной сфере без внесения дополнительных изменений в технологический процесс производства строительных материалов. В связи с этим необходимо подобрать форму модификатора максимально близкую по своей структуре и физическому состоянию к компонентам строительного композита.

При разработке модифицирующих добавок мы учитывали, что свойства порошковых материалов, суспензий и эмульсий во многом зависит от размера создающих их частиц. Предполагалось, что дополнительное измельчение агрегатов частиц УНМ «Таунит», имеющих основную весовую долю на начальном этапе в пределах 55–600 мкм, до размеров порядка 20–40 мкм может оказать положительный эффект вследствие появления дополнительных точек роста активности (частичное армирование, регулирование кристаллизационных процессов). В ходе эксперимента данная гипотеза не нашла подтверждения, напротив (рис. 1), размер агрегатов частиц УНМ без дополнительной обработки обеспечивает повышение прочности на изгиб на 22%, на сжатие – на 10%.