Статьи журнала - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Все статьи: 939
Нанодиоксид титана. Применение в строительстве
Статья обзорная
Приведен анализ патентной информации о нанодиоксиде титана в различных отпускных формах для применения в качестве модифицирующей добавки при изготовлении фасадных отде- лочных материалов и покрытий. Изобретения можно применить в строительных технологиях для получения наномодифицированных строительных красок, а также отделочных штукатурных сме- сей на основе воздушных и гидравлических вяжущих веществ, что позволит существенно изменить внешний облик фасадов зданий и повысить их долговечность за счёт расширения производства но- вого класса самоочищающихся отделочных покрытий.
Бесплатно
Нанодисперсные металлоорганосилоксановые наполнители полимеров
Статья научная
Актуальным является синтез высокодисперсных гидрофобных металло-олигомеров, совместимых с полимерами с целью получения высокоэффективных однородных радиационно-защитных полимерных композитов с заданными свойствами. Наиболее перспективным является использование химически активных органосилоксанов и на их основе получение металлоолигомеров. Разработан способ синтеза нанодисперсных олигомерных полиалкилси-ликанатов свинца путем химического соосаждения водных растворов ионов свинца по золь-гель процессу, протекающему с участием алкилсиликанатов натрия. Реакция взаимодействия этилсиликанат натрия с ионами свинца в водном растворе протекает по механизму замещения ионов натрия в сило-нолятной группе Si-ONa алкилсиликаната натрия на ион свинца. В конечном итоге происходит образование циклических структур и сшивка олигомерных молекул с увеличением числа силоксановых связей. Рассмотрена микроструктура гидрофобного полиэтилсиликоната свинца, имеющая аморфно-кристаллический характер с плотной упаковкой металлоолигомерных молекулярных цепочек. Происходит реакция поликонденсации между гидроксильными ОН-группами металлоолигомера и гидроксида свинца, т.е. гидроксид свинца выполняет роль адсорбента, на котором хемосорбируется металлоолигомер, придающий гидрофобные свойства продукту. В результате достигается возможность осуществить направленную модификацию наполнителя в процессе совместного синтеза металлоолигоме-ра и свинцового наполнителя, т.е. получить гидрофобный наполненный ме-таллоолигомер в гомогенной среде. Высокая дефектность полиэтилсиликоната свинца вызвана стерически-ми эффектами из-за больших размеров углеводородных этильных (С2Н5) радикалов. Молекулярная масса элементарного звена олигомера составляет около 600. Олигомер имеет цепочечную структуру, в силоксановой цепи которой возможно содержание силонольных групп (sSi-OH). Элементарный состав и молекулярная масса синтезированного металлолигомера приведены в таблице. Насыпная плотность полиэтилилсиликаната свинца составляет 2250 кг/м3, а максимальная плотность при уплотнении достигает 5950 кг/м3.
Бесплатно
Нанодисперсный наполнитель для мокрых фасадных систем
Статья научная
Приведены результаты применения нанотехногенного наполнителя в мокрых фасадных системах. Введение карбонатного шлама (размером ча- стиц 20−60 нм) в количестве 5−15% от массы вяжущего в состав композиции существенно увеличивает её адгезионную активность к основанию (бетон, кирпич).
Бесплатно
Нанодисперсный наполнитель цементных композиций
Статья научная
Особую группу минеральных наполнителей, функционально предназначенных для регулирования сорбционных процессов в водовяжущих суспензиях, составляют шламы водоочистки, водоподготовки и водоумягчения. Исследования надатомной структуры шламов методом малоуглового рассеяния нейтронов на дифрактометре «Мембрана-2» показали, что размер частиц составляет 40-50 нм. Это позволяет отнести шламы к нанотехногенному сырью. Фрактальная размерность карбонатного шлама составляет порядка 1,9-2,0.
Бесплатно
Нанодобавки для композиционных материалов
Статья обзорная
Приведен анализ патентной информации о нанодобавках для композиционных ма- териалов. Изобретения можно применить в строительных технологиях для получения наномодифицированных композиционных материалов на основе воздушных и гидравли- ческих вяжущих веществ, что позволит существенно интенсифицировать промышленное производство наномодифицированных композиционных материалов за счёт расширения ассортимента самих нанодобавок, а также использования новых видов фибры.
Бесплатно
Нанодобавки из кремне- и железосодержащего (III) золя для тяжелого бетона на рядовых цементах
Статья научная
Рассмотрены нанодобавки в виде высокоэффективных золь-добавок разной приро- ды. Установлено, что золь кремниевой кислоты и золь гидроксида железа повышают ги- дратационную активность цемента, прочность на сжатие и растяжение при изгибе, а также коэффициент трещиностойкости. При использовании коллоидных растворов происходит повышение плотности формирующейся структуры, что позволяет получать высокопроч- ный бетон на рядовых цементах. В присутствии золя гидроксида железа коррозионная устойчивость арматуры повышается.
Бесплатно
Нанокомпозитные органоминеральные гибридные материалы. Часть 1
Статья научная
The paper addresses the issues of alkoxide method of solgel synthesis and non-hydrolytic method of solgel synthesis and colloidal method of sol-gel synthesis. The authors also consider an alternative approach based on the use of soluble silicates as precursors in the solgel technology, of nanocomposites. It was shown that nanocomposites can be produced through aerogels. The paper also analyzes the mixing technologies of nanocomposites preparation. It has been demonstrated the possibility to change the types of nano-phase which is used for obtaining nanocomposites in different approaches. Various models of packaging spherical, fibrous and layered nanoparticles, introduced into the structure of the nanocomposite, in the preparation thereof were examined.
Бесплатно
Нанокомпозиты на основе реактопластов: структурообразование на межфазной границе
Статья
Для композитов с термореактивной матрицей характерны высокие значения показателей эксплуатационных свойств. В то же время, стоимость большинства реактопластов (в особенности - эпоксидных смол) сравнительно высока. По этой причине их применение оправдано лишь в некоторых областях строительства. Одной из таких областей является создание полифункциональных покрытий. Высокая стоимость олигомера диктует необходимость повышения показателей эксплуатационных свойств с целью обеспечения экономической эффективности. К настоящему времени положительно зарекомендовал себя способ повышения показателей свойств, состоящий в создании на границе раздела фаз наноразмерного переходного слоя. Механизм влияния переходного слоя на показатели макроскопических свойств различными исследователями трактуется различно: известны теории адгезионной связи и деформируемого слоя. Положение осложняется многообразием олигомеров, сшивающих агентов и прекурсоров наномодификаторов. В последнее время все большее распространение получают сшивающие агенты, представляющие собой аддукты алифатических аминов и эпоксидных олигомеров. В качестве прекурсоров наномодификаторов могут быть успешно использованы кремнийорганические соединения с силоксановой связью в основной цепи. В настоящей работе была исследована модельная система олигомер - сшивающий агент - прекурсор. Для анализа структурообразования привлекались спектроскопия комбинационного рассеяния и атомно-силовая микроскопия. Показано, что в момент прохождения точки геля модификатор не оказывает существенного влияния на химический состав продуктов отверждения; тем не менее, введение модификатора снижает регулярность формирующейся трехмерной пространственной сетки. После завершения процесса отверждения нерегулярность пространственной сетки сохраняется. Это свидетельствует о том, что использование кремнийорганических силоксановых прекурсоров способствует созданию на межфазной границе переходного слоя с пониженным модулем упругости. В композиционных материалах образование подобного слоя будет сопровождаться релаксацией напряжений, что, в свою очередь, будет способствовать повышению показателей эксплуатационных свойств.
Бесплатно
Наноматериалы и нанотехнологии на IX Московском Международном салоне инноваций и инвестиций
Статья
С 26 по 29 августа 2009 г. во Всероссийском выставочном центре успешно прошел IX Московский международный салон инноваций и инвестиций - крупнейший научно-технический форум изобретателей, разработчиков и производителей высокотехнологичной инновационной продукции. Мероприятие организовано Министерством образования и науки Российской Федерации, Федеральным агентством по науке и инновациям, Федеральным агентством по образованию, правительством Москвы. Более 3 тысяч специалистов получили информацию о последних разработках, заключили выгодные контракты и выбрали стратегию дальнейшего инновационного развития.
Бесплатно
Наномодификация древесной муки золями кремниевой кислоты
Статья научная
Приведены результаты исследования изменения кислотно-основных свойств поверхности древесной муки из различных пород древесины за счет модификации золями кремниевой кислоты. Установлено, что снижение концентрации кислотных центров на поверхности древесной муки способствует повышению адгезионного взаимодействия ее с поливинилхлоридом. Наномодифицированная древесная мука использована для получения древесно-полимерных композитов на основе поливинилхлорида с высокой степенью наполнения.
Бесплатно
Наномодификация эпоксидных связующих
Статья научная
В настоящей работе изучено влияние на свойства эпоксидных полимеров отечественной нанопродукции – углеродных нанотрубок, производимых ООО «НаноТехЦентр» (РФ, г. Тамбов). Установлено, что в составе эпоксидных смол наиболее эффективна модификация функционализированными УНТ, например, с точки зрения увеличения адгезионных свойств связующих, и они могут быть рекомендованы в рецептурах эпоксидных клеев. Модификация УНТ ведет к изменению микроструктуры полимера, зависящему от условий отверждения.
Бесплатно
Статья научная
Металлические конструкции являются важнейшими объектами строительной отрасли. Основным способом соединения отдельных элементов и узлов таких конструкций является сварка плавлением (электродуговая, плазменная, электронно-лучевая). Одной из главных проблем металлоконструкций является их склонность к хрупким разрушениям, возникающим внезапно, без заметных предшествующих деформаций, часто при отрицательных температурах и нагрузках ниже расчетных. При этом 70-80% таких разрушений связано со сваркой. Характер разрушения зависит не только от температуры, но и от типа кристаллической решетки. Металлы с объемно-центрированной кубической (ОЦК) решеткой (вольфрам, молибден, α-железо) пластичны при относительно высокой температуре, но становятся хрупкими при отрицательной. А металлы с гранецентрированной кубической (ГЦК) решеткой (алюминий, никель, медь и γ-железо) пластичны даже при температурах, близких к абсолютному нулю. С понижением температуры уменьшается подвижность дислокаций и вакансий, возрастает предел текучести os, то есть снижается пластичность металла...
Бесплатно
Статья научная
Кратковременность существования расплава в сварочной ванне и его перегрев, большой градиент температуры вблизи межфазной границы и двухмерные центры кристаллизации в виде оплавленных зерен на границе сварочной ванны уменьшают вероятность и скорость образования центров кристаллизации в жидкой фазе. Это обусловливает формирование крупнозернистой столбчатой структуры металла шва, которая в сочетании с дефектами, возникающими в процессе кристаллизации, менее пластична, чем свариваемый мелкозернистый металлопрокат, и часто является причиной хрупкого разрушения конструкции. Поэтому получение мелкозернистой структуры металла шва является постоянной проблемой сварочного производства. В настоящее время общепризнано, что наиболее эффективным способом получения мелкозернистой структуры металла шва является модифицирование сварочной ванны. При этом в сварочную ванну извне, в качестве готовых центров кристаллизации, вводят микро- или наночастицы тугоплавких металлов или их химических соединений (инокуляторы). В перегретом расплаве скорость образования центров кристаллизации, из-за дезактивации частиц, снижается. Увеличить ее можно двумя способами: торможением процесса дезактивации и увеличением числа модифицирующих частиц, вводимых в сварочную ванну. В работе дан анализ факторов, определяющих модифицирующую активность инокуляторов и способов сохранения этой активности в сварочной ванне. Для обеспечения высокой активности инокулятора необходимо сокращать время его пребывания в высокотемпературной зоне сварочной ванны, материал инокулятора должен иметь высокие значения температуры и теплоты плавления, но более низкие значения тепло- и температуропроводности. Уменьшение скорости нагрева и плавления частиц инокулятора достигается введением их в сварочную ванну, минуя столб дуги и высокотемпературную зону ванны, в комплексе с металлическими макрочастицами, выполняющими роль микрохолодильников и средств транспортировки инокулятора в хвостовую часть ванны. Инокуляторы наноразмерного порядка обладают высоким термодинамическим потенциалом и связанной с этим высокой зародышеобразующей активностью. Включения оксидов, карбидов и нитридов, на базе которых формируются центры кристаллизации, в затвердевшем металле имеют прочные межатомные связи с матрицей, а в силу того, что коэффициенты их термического расширения на порядок меньше, чем матрицы, после охлаждения металла испытывают всестороннее сжатие. Поэтому такие включения не опасны, не являются концентраторами растягивающих напряжений и очагами зарождения трещин. В работе экспериментально показано, что введение в сварочную ванну углеродных нанотрубок с удельной поверхностью более 270 м2/г способствует получению мелкозернистой структуры металла шва.
Бесплатно
Наномодифицирование цементных композитов на технологической стадии жизненного цикла
Статья научная
В статье рассматриваются теоретические основы принципов наномодифицирования строительных композитов и концептуальные модели наномодифицирования с точки зрения эволюционного маршрута образования твердой фазы в зависимости от кинетики гетерогенных процессов. В работе определены основные факторы наномодифицирования цементных систем твердения на всех этапах технологической стадии жизненного цикла в соответствии с эволюционным маршрутом. Влияние наноразмерных частиц (НРЧ) как одного из главных факторов заключается в следующих механизмах их действия: а) непосредственное химическое участие НРЧ в гетерогенных процессах фазообразования гидратных соединений, б) каталитическая роль НРЧ как центров кристаллизации, в) повышение плотности упаковки системы сложения дисперсных частиц, г) зонирование структуры твердения. Обоснованы концепции и арсенал средств наномодифицирования в технологиях строительных композитов. С целью оценки эффективности принципов наномодифицирования исследованы кинетика гидратации, фазовый состав, микроструктура, реология и прочностные характеристики цементных систем твердения. Показано, что использование наномодификаторов повышает пластичность цементного теста, ускоряет процессы гидратации цемента в 9-28 раз и повышает прочность цементного камня в 1,5-2 раза. Все это позволяет снизить производственные затраты на всех стадиях технологического цикла получения цементных композитов.
Бесплатно
Наномодифицированные композиты с термопластичной матрицей
Статья научная
Обсуждается проблема выбора вяжущего для строительных композитов, эксплуатирующихся в условиях воздействия агрессивных сред. Предлагается метод повышения показателей эксплуатационных свойств, включающий синтез наноразмерных новообразований на межфазной границе. Приводятся отдельные результаты исследования показателей свойств наномодифицированных композитов с термопластичной матрицей.
Бесплатно
Наномодифицированные эпоксидные композиты
Статья научная
Приведен краткий обзор методов повышения показателей эксплуатационных свойств композиционных материалов с эпоксидной матрицей. Предложен новый метод, включающий синтез наноразмерных новообразований на межфазной границе. Приведены результаты исследования показателей свойств наномодифицированных дисперсно-наполненных композитов.
Бесплатно
Нанопокрытия в современном строительстве
Статья научная
В обзоре проанализировано состояние рынка нанопокрытий, приведены основные их виды, а также драйверы и барьеры их разработки и применения. Современный прогресс в области нанотехнологий позволяет отнести нанопокрытия к высокотехнологичным материалам, структура и свойства которых могут быть «запроектированы» по специфическим функциональным критериям и уровню воздействия на окружающую среду. Они обладают уникальными характеристиками по сравнению с обычными покрытиями, применяемыми в строительстве. Масштабные планы правительства по введению в эксплуатацию нового жилья и созданию дорожной инфраструктуры, амбициозные проекты освоения Арктики и обеспечения национальной безопасности должны привести к росту индустрии в целом, а также к повышению спроса на более эффективные, инновационные строительные материалы, включая нанопокрытия и нанокраски.
Бесплатно
Наностеклокерамические материалы на основе стекол типа эвлитина с содержанием оксида фосфора
Статья научная
Получены наностеклокерамические материалы методом направленной кри- сталлизации стекол типа эвлитина на основе добавления оксида фосфора. Средние размеры кристаллической фазы эвлитина Bi4Si3O12 равны 40 нм (для стекла време- ни варки 2 ч. 10 мин.) и 50 нм (для стекла времени варки 1 ч.).
Бесплатно
Наноструктура матриц серных строительных композитов: методология, методы, инструментарий
Статья научная
Экономическая целесообразность применения строительных материалов с серными или серосодержащими матрицами обусловлена комплексом их эксплуатационных свойств, а также доступностью и низкой стоимостью технической серы; дополнительным эффектом применения серы в качестве вяжущего вещества является возможное снижение нагрузки на окружающую среду. Разработка строительного композита должна предваряться детальным исследованием надмолекулярной структуры вяжущего. Базой успешного применения системных методологий в нанотехнологии строительного материаловедения является определение типа доминирующего взаимодействия или класса физико-химических эффектов, оказывающих существенное влияние на структурообразование и в конечном итоге определяющих множество эффективных на данном структурном уровне теоретических и экспериментальных методов исследования. Методология исследования определяется потребностями практики, и, наряду с этим, зависит от предельно допустимых затрат времени и материальных ресурсов, требований в отношении точности и воспроизводимости результатов, необходимости получения новых теоретико-эмпирических сведений с высоким прогностическим потенциалом. Дополнительную сложность в реальном исследовании вносит наличие большого числа способов кросс-верификации результатов, полученных с использованием различных методов. На предварительной стадии теоретико-эксперимен тальных исследований структуры и свойств наномодифицированных серных строительных композитов основным методом эмпирического исследования структуры на атомно-молекулярном уровне являлась спектроскопия комбинационного рассеяния; в качестве методов, результаты которых допускают кросс-верификацию, использованы методы квантовой химии и молекулярной динамики. Выполнен сравнительный анализ спектров технической серы и контрольного образца орторомбической серы; показано, что изгибные колебания звеньев S-S-S в технической сере происходят в менее стесненных условиях. Выполнен сравнительный анализ экспериментально найденных и расчетных значений комбинационного сдвига для изолированной молекулы циклооктасеры и элементарной ячейки орторомбического аллотропа. Показано существенное отличие значений комбинационного сдвига изолированной молекулы, соответствующих высокоэнергетическим модам, от значений для ячейки кристаллической решетки. Выявлено соответствие значений комбинационного сдвига для ячейки кристаллической решетки экспериментальным данным. Данное соответствие является весомым аргументом в пользу справедливости выбранной геометрической модели молекулярного кристалла серы. Показано, что методы молекулярной динамики, успешно применяющиеся на пространственных масштабах от 10 нм и выше, на нижнем пространственном масштабе для получения адекватных результатов должны быть дополнены квантово-механическими представлениями.
Бесплатно
Наноструктурированная пенокерамика строительного назначения: технология производства и применения
Статья научная
Введение. Пенокерамические теплоизоляционные стройматериалы обладают наибольшей устойчивостью востребованных технологических характеристик за счет уникальных физико-технических свойств. Увеличение крупнотоннажного выпуска наноструктурированных пенокерамических изделий и разработка образовательных программ повышения квалификации инженеров-технологов остается актуальной задачей. Методы и материалы. Технологичный способ изготовления наноструктурированной пенокерамики – это метод прямого вспенивания: керамические пены создают путем вовлечения атмосферного воздуха в суспензию. Далее консолидированные пены бережно сушат и в течение 12 часов спекают термообработкой (950–1100ºС) с получением достаточно высокопрочных пенокерамик строительного назначения. Важнейшими сырьевыми материалами для производства строительной пенокерамики являются глины, диатомиты, кремнистые минералы, цеолитные породы, а также керамические и шлаковые отходы и др. Результаты. Разработана технология производства пенокерамических материалов строительного назначения на основе глинистого сырья. В результате физико-химических трансформаций в цикле производства, в т.ч. обжига формируются равномерно закрытые микропоры пенокерамики диаметром до 120 мкм, а толщина стенок варьирует от 1,8 до 6,3 мкм. Предел прочности при сжатии полученных наноструктурированных строительных пенокерамических изделий средней плотностью 450–850 кг/м3 составляет 3–8 МПа, теплопроводность – 0,12–0,15 Вт/(м●oС), морозостойкость – не менее 50 циклов. Обсуждение. В крупномасштабном технологичном производстве пеномассу (трехфазную пену) можно получить смешиванием наноструктурированной пены с высокодисперсным минеральным порошком. Контролируемым спеканием изготавливается высушенная пеномасса с востребованными технологическими характеристиками, обусловленными кристаллической связью твердофазного муллита на основе кластерных микрочастиц размерами 15–200 нм, а стенки микропор и узловые стыки наноструктурированной пенокерамики обеспечивают высокую механическую прочность, гидрофобность и химическую стойкость. Заключение. Наноструктурированная пенокерамика строительного назначения достаточно влагостойка, так как имеет микроструктуру закрытых ультрамикропор, устойчива к химическому и физическому воздействию и поэтому является оптимальным теплоизоляционным материалом.
Бесплатно
