Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Статьи журнала - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Все статьи: 1029
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
Наноструктурированные материалы, получение и применение в строительстве
Статья научная
Рассмотрены свойства водорастворимых высокомодульных силикатных систем: на основе полисиликатов щелочных металлов, называемых жидкими стеклами и цепочек их превращений из низших олигомеров в высшие, с последующим образованием коллоидных растворов - кремнезолей. Показаны возможности их использования в качестве связующего и модифицирующих добавок для получения различных наноструктурированных силикатных полимербетонов. Представлены примеры перспективных направлений применения жидкого стекла и водных растворов высокомодульных силикатов в строительстве и промышленности. Приведены квантовохимические расчеты структуры и свойств тетрафурфурилоксисилана. Показана неоднородность его функциональных групп.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В настоящее время перспективным направлением строительного материаловедения является разработка фотокаталитически активных цементных материалов, обладающих способностью к самоочищению. Получение самоочищающихся бетонов достигается за счет использования фотокаталитических добавок, среди которых наибольшее распространение получил диоксид титана. Известно, что функциональные свойства TiO2 в значительной степени зависят от его фазового состава. Цель данного исследования – установить закономерности влияния фазового состава на фотокаталитическую активность диоксида титана в условиях воздействия искусственного ультрафиолетового и естественного солнечного излучений с выявлением наиболее эффективных титаноксидных фотокатализаторов для последующего применения в рецептуре самоочищающихся бетонов. Методы и материалы. Объектами исследования являлись четыре образца диоксида титана: два промышленных и два синтезированных путем гидролиза алкоксида титана в подкисленной водно-спиртовой среде с последующим прокаливанием при температуре 500 °С. Исследование параметров структуры образцов TiO2 выполнялось методом рентгеновской порошковой дифрактометрии. Фотокаталитическая активность образцов диоксида титана была изучена в модельной реакции окислительной деструкции метиленового синего при воздействии УФи дневного света. Результаты и обсуждение. Установлено, что полиморфные модификации диоксида титана оказывают разнонаправленное влияние на его функциональные характеристики: увеличение содержания анатаза и рутила приводит соответственно к повышению и снижению фотоактивности образцов TiO2. При УФ-облучении наибольшую эффективность показал однофазный образец с анатазной структурой, а в условиях воздействия дневного света – трехфазный образец с соотношением анатаз : брукит : рутил = 67% : 13% : 20%. Наличие в составе фотокатализатора нескольких полиморфов TiO2 с преобладанием анатазной формы (более 50%) позволяет достичь синергетического эффекта повышения фотокаталитической активности диоксида титана в условиях воздействия солнечного излучения благодаря формированию полупроводниковых гетероструктур (гетеропереходов) II типа, способствующих улучшению сепарации и снижению скорости рекомбинации фотогенерированных электронно-дырочных пар. Заключение. Полученные результаты свидетельствуют о возможности улучшения функциональных характеристик титаноксидных добавок для самоочищающихся бетонов за счет направленного регулирования их фазового состава, что может быть достигнуто посредством оптимизации параметров синтеза фотокаталитических модификаторов.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В статье рассматривается вопрос модифицирования исходного хризотилового волокна и их пучков под действием продуктов гидратации портландцемента и различной величины кислотности обрабатываемой среды. Приведено краткое обоснование актуальности темы исследования. Отмечено, что в последние годы большой научный и практический интерес вызывают вопросы производства композиционных материалов на основе природного и техногенного сырья, являющиеся перспективным направлением современной экономики. Доступность и низкая стоимость сырья, малые энергетические, транспортные и накладные расходы, снижающие себестоимость композитов, и, вместе с тем, высокие договорные цены и спрос на внутреннем и внешнем рынках создают предпосылки для увеличения объемов их производства. Целью работы является изучение поведения исходных волокон хризотила и их агрегатов в составе цементной составляющей под воздействием разной кислотности обрабатываемой среды. Задачи: Электронно-микроскопическое изучение поведения составляющих хризотилцементной пыли, подвергшейся воздействию агрессивной среды. Подсчет количества числа и размерных характеристик нановолокон и частиц пыли под воздействием различного времени выдержки агрессивного фактора. Микродифракционные исследования наноструктуры исследуемых образцов после воздействия кислых сред.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В настоящее время и за рубежом, и в России наблюдается «повальная цифровизация» не только определенных видов деятельности, но и объектов техносферы, например, «умных домов», «безопасных городов» и т.д. Однако «создатели» указанных объектов нарушили главный принцип автоматизации академика В.М. Глушкова, который гласит: нельзя автоматизировать беспорядок. Именно поэтому в настоящей статье предпринята попытка «устранения беспорядка» в автоматизации инженерных систем жилого сектора. Методы, модели и средства. На основе анализа инженерных систем многоквартирных жилых зданий и индивидуальных жилых домов, в результате функционирования которых осуществляется не только доставка «благ жизнеобеспечения», но и возникает пожарно-энергетический и экологический вред, разработана методология «интеллектуализации» средств учета поставляемых ресурсов на предмет диагностики и подавления пожарно-энергетического вреда с помощью современных нанотехнологий и предотвращения таким образом пожаров и взрывов в жилом секторе. Результаты и обсуждение. Методология «интеллектуализации» построена на результатах системного анализа «функционирования жилого сектора» (многоквартирных зданий и индивидуальных жилых домов), который позволил «обнаружить» диалектическое единство благ и вреда от потребляемых энергоресурсов (электроэнергии, бытового газа, горячей и холодной воды), а также осуществить системный синтез нанотехнологий и средств «выделения и подавления» - пожарно-энергетического вреда. Новизна исследования защищена патентами РФ. Заключение. Предлагаемый подход позволяет «устранить беспорядок перед автоматизацией» инженерных систем многоквартирных жилых зданий и индивидуальных жилых домов путем «интеллектуализации» приборов учета и оптимизации нанотехнологий подавления пожарно-энергетического вреда, приносящего социально-экономические потери
Бесплатно
Статья научная
Введение. В настоящее время и за рубежом, и в России участились случаи аварий, пожаров и взрывов в инженерных системах многоквартирных жилых зданий и индивидуальных жилых домов. При этом «создатели» автоматизированных систем контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ) не озаботились решением задач безопасности инженерных систем, т.к. их целями явились исключительно коммерческие задачи – «цифровизация» учета потребления энергоресурсов и обнаружение их хищения. Именно поэтому в настоящей статье предпринята попытка «устранения беспорядка» в автоматизации инженерных систем жилого сектора. Методы, модели и средства. На основе анализа инженерных систем многоквартирных жилых зданий и индивидуальных жилых домов, в результате функционирования которых осуществляется не только доставка ресурсов жизнеобеспечения (газа, холодной и горячей воды, электроэнергии, связи и т.д.), но и возникает пожарно-энергетический и экологический вред, разработана методология «интеллектуализации» средств учета поставляемых ресурсов на предмет диагностики и подавления пожарно-энергетического вреда с помощью современных нанотехнологий и предотвращения таким образом аварий, взрывов и пожаров в жилом секторе. Результаты и обсуждение. Методология «интеллектуализации» построена на диалектическом единстве благ и вреда от потребляемых энергоресурсов (электроэнергии, бытового газа, горячей и холодной воды), а также осуществления системного синтеза нанотехнологий и средств «обнаружения и по- давления» пожарно-энергетического вреда. Новизна исследования защищена патентами РФ. Заключение. Предлагаемый подход позволяет «устранить беспорядок перед автоматизацией» инженерных систем многоквартирных жилых зданий и индивидуальных жилых домов путем «интеллектуализации» приборов учета и оптимизации нанотехнологий подавления пожарно-энергетического вреда, приносящего социально-экономические потери.
Бесплатно
Нанотехнологии в строительстве
Статья обзорная
Дан анализ патентной информации о нанодобавках и прикладных нанотехнологиях. Изобретения могут применяться в промышленности, гражданском и промышленном строительстве, а также при возведении сооружений специального назначения.
Бесплатно
Нанотехнологии в строительстве
Статья обзорная
Дан анализ патентной информации по нанотехнологиям. Изобретения могут применяться в промышленности, гражданском и промышленном строительстве, а также при возведении сооружений специального назначения. Анализ патентной информации по нанотехнологиям выявил наличие порядка двухсот заявок и патентов в области электроники, металлических сплавов, бионанотехнологии, медицины и других отраслей. В области строительства очень мало разработок доведено до патентного внедрения. Часть заявок носит закрытый характер и остается на уровне заявок без раскрытия сути изобретений.
Бесплатно
Нанотехнологии в строительстве - на пороге новой реальности
Статья
1-3 ноября 2010 года в Москве, на территории Экспоцентра прошел III Международный форум по нанотехнологиям RUSNANOTECH 2010. По- мимо насыщенных научно-технологической и деловой программ, а также выставки, на форуме была представлена программа современного искус- ства «Хай-тек как предчувствие». За три дня в мероприятии приняли уча- стие около 7200 человек. Подробную информацию о III Международном форуме по нанотехнологиям RUSNANOTECH 2010 можно найти на сайте http://www.rusnanoforum.ru.
Бесплатно
