Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Статьи журнала - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Все статьи: 1012
Моделирование гибкости нанокомпозитных трубопроводов
Статья научная
Трубы для нефтегазопроводов из нанокомпозитных материалов находят все более широкое применение. Наиболее распространено изготовление композитных трубопроводов намоткой стекловолокна на вращающуюся оправку. При непрерывной намотке имеется возможность выбора угла укладки нитей – так называемого угла армирования. В зависимости от его значения, а так же от угла кривизны трубопровода при отклонении его оси от прямолинейного направления показатели прочности трубы изменяются. В статье рассмотрено моделирование поведения гибкости композитного трубопровода криволинейной формы. Именно криволинейные трубопроводы находятся в наиболее сложных условиях эксплуатации, сопровождающихся проявлением эффекта Кармана в углах поворота трубы. В качестве параметра моделирования принят коэффициент увеличения гибкости трубы. Влияющими факторами выступают угол армирования композита и угол кривизны оси трубопровода. Анализ результатов расчета, выполненного ранее, показал, что в диапазоне углов армирования от 0о до 85о динамика коэффициента увеличения гибкости трубы различна. Разработаны математические модели для двух диапазонов значений коэффициента увеличения гибкости композитной трубы. Ошибка моделирования в среднем составляет не более 2%.
Бесплатно
Статья обзорная
Требованием получения строительных материалов с универсальным сочетанием свойств, обеспечивающим расширение областей их применения, обусловлен повышенный интерес к нанотехнологии строительного материаловедения. Рациональное сочетание теоретических исследований, натурного эксперимента и математического моделирования может способствовать снижению затрат времени и ресурсов при разработке наномодифицированных материалов. Методологической основой разработки композита как сложной системы должны стать положения системного анализа, диктующие, в частности, необходимость выделения критериев и последующей классификации методов моделирования. В настоящей работе критерий пространственного масштаба рассмотрен в совокупности с критериями гетерогенности и доминирующего взаимодействия в системе. Предложенная классификация стала основой для систематического анализа доступных моделей, методов и программных средств моделирования структурообразования строительных композитов. Выделены четыре пространственных уровня, соответствующие принятой классификации структурных уровней композита по критерию доминирующего взаимодействия. Для каждого из уровней - от атомно-молекулярного до уровня макроструктуры композита с крупным заполнителем - вы полнен анализ состояния лежащих в основе моделей структуры теоретических положений, анализ имеющихся моделей и средств численного анализа. На уровне макроструктуры, формирующейся преимущественно под влиянием гравитационных сил и внешних воздействий, для анализа сформировавшейся структуры могут применяться вероятностно-геометрические представления. Существующие модели позволяют выполнять анализ плотности упаковки и решение связанных задач протекания по каркасу и поровому пространству, в то же время соответствующие программные инструменты, пригодные для систематических исследований в нанотехнологии строительного материаловедения, в настоящее время отсутствуют. На уровне микроструктуры для исследования структурообразования вместе с вероятностно-статистическими методами может быть использован метод частиц; существующие программные инструменты ограниченно пригодны для численного анализа моделей микроструктуры. На атомно-молекулярном уровне для исследования конфигураций и электронной плотности могут привлекаться модели и инструментальные средства квантовой химии. Определение наноструктуры строительного композита как структуры, существенное влияние на формирование которой оказывают размерные эффекты, дано в соответствии с общепринятыми определениями уровней макро- и микроструктуры; для исследования наноструктуры могут применяться как методы квантовой химии, так и методы, соответствующие верхним структурным уровням.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Целью данного исследования является оценка конструкционного поведения и эффективности плитных фундаментов, армированных вертикальными элементами - метода, который все чаще применяется в гражданском строительстве для повышения надежности фундаментов на слабых и сильно сжимаемых грунтах. Традиционные плитные фундаменты часто подвержены чрезмерным осадкам и обладают низкой несущей способностью, особенно при воздействии высоких нагрузок от многоэтажных зданий. Армирование основания грунта представляет собой эффективное решение этих проблем за счет повышения жесткости и снижения деформаций. Методы и материалы. Исследование основано на численном моделировании с использованием метода конечных элементов (МКЭ) в программном обеспечении PLAXIS 3D, с применением модели упрочняющегося грунта (Hardening Soil) в соответствии с требованиями Еврокода 7. В качестве объекта моделирования рассматривалось 9-этажное здание с монолитным плитным фундаментом, для которого анализировались различные конфигурации вертикальных армирующих элементов. Основные варьируемые параметры в моделировании включали шаг (2x2 м, 3x3 м и 5x5 м) и длину (2,5 м, 5,5 м и 9,5 м) армирующих элементов. Свойства грунтов были получены по результатам инженерно-геологических изысканий. Результаты и обсуждение. Анализ показал, что армирование плитного фундамента позволило значительно снизить деформации (в 3 раза) и изгибающие моменты (до 60%) по сравнению с неармированным случаем. Наиболее эффективной конфигурацией признаны бетонные элементы длиной 9,5 м с шагом 2x2 м. Применение вертикального армирования не только увеличило несущую способность фундамента, но и способствовало оптимальному перераспределению напряжений в массиве грунта, что минимизировало неравномерные осадки.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Отходы горных пород из систем пылеулавливания могут использоваться в качестве минеральных добавок для изготовления искусственных конгломератов на основе минеральных вяжущих. При этом размерность частиц отходов позволяет их применять без дополнительного измельчения. К таким материалам могут относиться тонкодисперсные порошки кальций-содержащих горных пород, таких как известняк, волластонит, диопсид. Методы и материалы. В качестве вяжущего вещества в работе применялся портландцемент ЦЕМ II/А-Ш 32,5Б. Выбор используемых в работе добавок производился на основе сравнения их термодинамических характеристик с аналогичными характеристиками клинкерных минералов. Для исследования цементных композитов применялись стандартные методы исследования, а также ртутная порометрия, рентгенофазовый анализ и электронная микроскопия. Результаты. Введение кальций-содержащих добавок позволяет упрочнить структуру цементных материалов. Наибольшее повышение прочности в начальный период твердения можно достичь добавлением 2% известняка. В поздние сроки набора прочности (после 14 суток) наибольшее упрочнение камня получено при введении 9% волластонита или 7% диопсида. Обсуждение. Приведены результаты дифрактограмм цементного камня контрольного состава и с использованием добавок. При введении добавок наблюдается снижение интенсивности рефлексов гидроксида кальция и увеличение интенсивности рефлексов гидросиликатов кальция. Изучение макроструктуры выявило существенное различие в структуре камня. Анализ пористости показал, что при введении в систему кальций-содержащих добавок общий объем пор уменьшается, возрастает количество мелких пор (размером 0,003-1,2 мкм). Заключение. Увеличение прочности до 48% обусловлено близким химическим составом и термодинамическими характеристиками вяжущего вещества и кальций-содержащих добавок. Волластонит за счет волокнистой структуры создает микроармирование системы, а диопсид, в свою очередь, обладая самой высокой твердостью и модулем упругости из представленных добавок, приводит к наибольшему упрочнению камня.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время в технологии бетонов широко применяются химические модификаторы, большинство из которых являются комплексными. Развитие теории и практики высокопрочных бетонов нового поколения повлекло за собой разработку и внедрение комплексных органоминеральных добавок, в состав которых входят современные суперпластификаторы (СП) и тонкомолотые минеральные наполнители. Высокопрочные бетоны - это многофункциональные бетоны, сочетающие в себе, наряду с высокой прочностью, другие важнейшие свойства - высокие показатели морозостойкости, водонепроницаемости, упруго-пластических свойств и др. Материалы и методы исследования. Достижение высоких показателей бетонов возможно за счет применения СП совместно с тонкомолотыми микронаполнителями - каменной мукой, в том числе с наночастицами и дисперсной арматурой. В данной работе основной задачей является моделирование развития микроструктуры цементного камня с органоминеральными добавками. С этой целью была разработана модель развития микроструктуры во времени с учетом возможных механизмов влияния компонентов на состав продуктов гидратации и характер раннего структурообразования. Результаты и обсуждение. Показано, что анализ структурной топологии и моделирование процессов формирования микроструктуры наполненных цементных композиций, выполняемых совместно с анализом продуктов гидратации и кинетики твердения, позволяют прогнозировать возможные механизмы действия комплексных добавок и, в определенном смысле, прогнозировать возможные сценарии развития микроструктуры цементного камня, во многом определяющей основные физико-химические свойства бетона и его долговечность.
Бесплатно
Моделирование теплопотерь нефтяных резервуаров методом наноразмерных клеточных автоматов
Статья научная
Нефтегазовая отрасль играет важнейшую роль в экономике России. Одним из способов повышения ее энергетической эффективности является снижение непроизводительных потерь. Потери нефти и нефтепродуктов происходят на всех этапах нефтегазового комплекса от месторождений добычи углеводородного сырья до переработки и передачи потребителям вторичного продукта. Неизбежные убытки системе наносят потери от испарения при чрезмерном нагреве солнечной радиацией при хранении в резервуарных парках. В холодное время года интенсивное внешнее охлаждение наружным воздухом приводит к повышению вязкости продукта и росту затрат электроэнергии на его перекачку. Для исключения возникновения таких ситуаций требуется строгое ведение температурного режима резервуара минимизацией внешних теплопоступлений и собственных теплопотерь. В статье рассмотрено моделирование теплообмена через теплоизолированную стенку нефтяного резервуара одного из резервуарных парков центрального пункта сбора нефти северного месторождения России. Построение температурного графика через наружное ограждение выполнено методом наноразмерных ячеек асинхронного клеточного автомата. Моделирование проведено для трех размерностей КА-поля. Показано, что для поставленной задачи оптимальной является структура поля в 560 ячеек моделирования.
Бесплатно
Модернизация технологии гранулированного пеностекла и перспективы использования материала
Другой
Из всех видов теплоизоляции пеностекло является наиболее универсальным материалом, сочетающим высокие теплоизоляционные свойства с негорючестью, жесткостью, экологической безопасностью и практически неограниченным сроком эксплуатации. Для обсуждения новых технологических решений, бизнес-предложений по производству и применению гранулированного пеностекла в Экспоцентре 31 января 2013 года, в рамках выставки «Отечественные строительные материалы-2013», проведена научно-практическая конференция «Модернизация технологии гранулированного пеностекла и перспективы использования материала». Интернет-журнал «Нанотехнологии в строительстве» осуществлял информационную поддержку мероприятия.
Бесплатно
Модификация композиционных материалов на основе вяжущих материалов
Статья обзорная
Приведен анализ патентной информации о модификации композиционных материа- лов за счёт введения функциональных комплексных добавок и/или нанодобавок. Изобретения можно применять в строительных технологиях для получения наномо- дифицированных композиционных материалов на основе воздушных и гидравлических вяжущих веществ, что позволит существенно интенсифицировать промышленное произ- водство наномодифицированных композиционных материалов за счёт внедрения новых составов добавок.
Бесплатно
Модификация матрицы строительного композита функционализированными углеродными нанотрубками
Статья научная
Работа посвящена изучению влияния углеродных нанотрубок, функционализированных кислородосодержащими группами, на физико-механические характеристики цементных композитов. Рассмотрены достоинства и недостатки основных методов однородного распределения углеродных нанотрубок (УНТ) в растворах. Описан метод ковалентной функционализации УНТ. Произведен кислотно-основный титриметрический и дисперсионный анализ растворов, содержащих функционализированные углеродные нанотрубки (ф-УНТ). По результатам исследований предложена технология приготовления модифицированного бетона. Результаты работы могут быть использованы для проектирования составов добавок, применяемых в строительной индустрии, при дальнейших исследованиях влияния УНТ на физико-механические характеристики и структурные свойства строительных материалов. Эффективная модификация цементного композита ф-УНТ достигается при концентрации ф-УНТ, находящихся в диапазоне от 0,0004 до 0,0008% от массы связующего. Наблюдаемый прирост объясняется тем, что УНТ играют роль центров кристаллизации продуктов гидратации связующих.
Бесплатно
Модификация тампонажного портландцемента нанодобавками
Статья научная
Введение. Применяемые при цементировании скважин растворы (суспензии) портландцемента имеют высокие водоцементные отношения (0,45–0,6). Также они содержат минимальное количество инертных наполнителей, должны иметь нулевое водоотделение и регулируемое твердение с минимальным временем между началом и концом схватывания. Состояние вопроса. Основная часть работ по использованию нанодобавок в вяжущих системах относится к строительной отрасли. В качестве модификаторов цементных систем широкое применение имели нанокремний, нанотитан, нанокарбонат, наноглины, углеродные нановолокна и др., которые показывали повышение прочностных показателей получаемых бетонов. В литературе приведен широкий диапазон концентраций нанодобавок в цементные системы от 0,001 до 10,0%. Повышение прочности цементного камня при больших концентрациях добавок в ряде публикаций объясняется уменьшением его капиллярной пористости за счет кольматации порового пространства. Однако нанодобавки не должны выполнять роль микронаполнителей в затвердевшем камне. Они должны работать в цементном растворе на этапе гидратации цемента и структурообразования раствора при концентрациях менее 1,0%. Результаты и обсуждение. Приводятся результаты экспериментальных исследований реологических свойств и ранней прочности камня на основе портландцемента с добавками (0,01%) нанокарбоната и наножелеза. Роль нанодобавок заключается в повышении скорости гидратации цемента за счет снижения энергии активации и ускорения растворения твердой фазы в жидкости. Нанодобавки могут являться «подложкой», на которой образуются двумерные зародыши новой фазы. Вероятность появления двумерных зародышей на подложке на несколько порядков выше, чем для образования трехмерных зародышей новой фазы в объеме раствора. Заключение. Полученные результаты показали неоднозначное влияние добавок на тестируемые показатели, что свидетельствует о необходимости оптимизации количества добавок. Одной из причин неоднозначности результатов могут быть высокие водоцементные отношения, снижающие вероятность образования «стесненных» условий в цементных суспензиях. При этом «нивелируются» эффекты от ускорения гидратации цемента и уменьшается количество контактов между продуктами гидратации.
Бесплатно
Статья научная
Метод инжекции технологического порошка в расплав алюминия является перспективным. Введение скандия осуществляется высокотемпературной обменной реакцией солевого расплава и алюминия. Производился подбор наилучшего солевого состава. Обсуждены результаты процесса в зависимости от исходных солей. Проведен ряд плавок в производственных условиях на ОАО «Каменск-Уральском металлургическом заводе». Показана технологичность инжекционного метода получения алюмоскандиевых лигатур. С целью защиты интеллектуальной собственности авторами - сотрудниками ИХТТ УрО РАН (Россия) - был зарегистрирован патент РФ «Способ легирования алюминия или сплавов на его основе» // Патент РФ № 2534182 от 27.11.2014.
Бесплатно
Модифицирование бетона гидротермальным нанокремнеземом
Статья научная
Показана возможность применения гидротермального нанокремнезема как модифицирующей добавки для повышения прочности бетона на основе портландцемента. Предложена технология получения гидротермального нано-кремнезема в виде золей и нанопорошков с помощью ультрафильтрационного мембранного концентрирования и криохимической вакуумной сублимации. Приведены результаты повышения прочности бетона при сжатии вводом добавки золя гидротермального нанокремнезема. Эксперименты выполнены на высокоподвижных бетонах (ОК = 10–19 см) на равноподвижных смесях с водоцементным отношением В/Ц = 0,61–0,71 при дозе SiO2 2 мас.% и расходе суперпластификатора поликарбоксилата 0.95±0.05 мас.% по цементу. На начальной стадии твердения в возрасте 1 сутки повышение прочности бетона при сжатии достигло 90–128% по сравнению с контрольным образцом. В возрасте 28 сут повышение прочности составило 40%. В эксперименте с известковой средой установлена высокая хемосорбционная активность гидротермального нанопорошка по отношению к Ca(OH)2. Это указывает, что аморфная нанодобавка SiO2, имеющая высокую удельную поверхность, вызывает образование высокопрочных гидратов силикатов кальция в цементной (известковой) среде в результате пуццолановой реакции, и это обуславливает повышение прочности бетона.
Бесплатно
Модифицирование поровой структуры цементных бетонов пропиткой серосодержащими растворами
Статья научная
Проведены исследования по изучению влияния пропитки полисульфидным раствором на изменение поровой структуры бетона и ее влияния на водо- поглощение и водонепроницаемость. Результаты данных исследований свидетельствуют, что пропитка цементных бетонов водными растворами на основе полисульфида модифицирует поровую структуру цементных бетонов в сторону уменьшения общей и эффективной пористости, снижает водопоглощение и повышает водонепроницаемость. Предлагаемая пропитка на минеральной основе позволяет защитить в течение длительного времени наиболее уязвимые части зданий - подвалы, фундаменты, а также места на фасадах зданий, подверженные воздействию дождя, снега и грунтовых вод. Применение нового для строительной индустрии продукта позволяет увеличить долговечность материалов, предотвращая процессы разрушения в результате атмосферных воздействий, устранить избыточную влажность в сырых подвальных, цокольных помещениях. Поверхности, обработанные защитными составами, приобретают грязеотталкивающие свойства в течение длительного времени и за счет снижения теплопроводности уменьшают затраты на отопление помещений. Эффективность действия и относительно низкая стоимость гидрофобизатора позволяют надеяться на широкое распространение предлагаемого метода защиты строительных конструкций.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены результаты экспериментальных исследований по наномодифицированию строительных материалов углеродными нанотрубками. Рассмотрены технологии получения наномодифицированного бетона и приготовления наномодифицирующей добавки на основе углеродного наноматериала «Таунит». Анализ результатов исследований показал перспективность промышленного использования данных технологий.
Бесплатно
Модифицирующее усиление твердения прессованных строительных гипсовых нанокомпозитов
Статья научная
Проанализированы процессы регулируемого твердения наноминеральных гипсовых вяжущих материалов и формирования микроструктуры, позволяющие получать гипсобетоны с востребованными технологическими характеристиками. Рассмотрены инновационные подходы регулирования набора прочности и водоустойчивости гипсовых нановяжущих, основные направления повышения их долговечности в бетонах и растворах, строительных конструкциях и изделиях. Контролируемое твердение наногипсовых вяжущих считается перспективным в 3-D аддитивных технологиях. Предложен механизм твердения гипсовых нанокомпозитов на основе дигидрата и полугидрата сульфата кальция. Изучена кинетика процесса гидратации и схватывания нановяжущих в зависимости от содержания компонентов. Нарастание прочности в процессе твердения прессованных гипсовых нановяжущих определяется содержанием дигидрата и сопровождается увеличением размеров игольчатых и пластинчатых микрокристаллов с толщиной менее 100 нм.
Бесплатно
Статья
25-30 сентября 2011 года в Волгограде в рамках Международного года хи- мии, объявленного Генеральной ассамблеей ООН, состоялся XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Большое внимание на съезде было уделено тенденциям развития современного рынка нанотехнологий и наноматериалов, которые могут использоваться в различных отраслях экономики, в т.ч. и в строи- тельстве. Основное количество докладов было посвящено технологиям получения качественно новых материалов, обладающих улучшенными свойствами по проч- ности, износостойкости, коррозионной стойкости и т.д.
Бесплатно
