Статьи журнала - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Все статьи: 903
Другой
Бесплатно
Огнестойкое экранирующее покрытие на основе шунгитсодержащей краски
Статья научная
На сегодняшний день при проектировании помещений специального назначения для экранирования электромагнитного излучения предъявляется ряд требований по пожарной безопасности используемых строительных материалов и экранов электромагнитного излучения. Предлагаемое композиционное покрытие на основе водоэмульсионной огнестойкой краски с наполнителем из нанопорошка шунгита может использоваться для обработки стен, пола, потолка и других поверхностей в экранируемых помещениях для снижения уровня электромагнитного излучения и обеспечения норм пожарной безопасности. Шунгит представляет собой минерал с многослойными фуллереноподобными глобулами углерода диаметром 10—30 нм, вследствие своей высокой электропроводности способный ослаблять электромагнитное излучение. Покрытие из шунгитсодержащей краски на целлюлозном основании подвергалось воздействию открытого пламени температурой 1700 оС в течение 3 минут 40 секунд, в результате наблюдалось возникновение пенообразного термоизолирующего слоя без механического повреждения подложки. Рентгенодифракционный анализ порошка, образованного в результате воздействия пламени на покрытие из шунгитсодержащей краски, показал образование таких веществ, как ортоклаз, барит, рутил и др. Углерода, входящего в состав шунгита, используемого в качестве наполнителя для огнестойкой краски, обнаружено не было, что говорит об его окислении в ходе горения. Исследования электромагнитных характеристик в диапазоне частот 8...12 ГГц композиционного покрытия после воздействия открытого пламени проводились на панорамном измерителе ослабления и КСВН Я2Р-67 с ГКЧ-61 и волноводным трактом, после чего были рассчитаны коэффициенты отражения и передачи. Результаты измерений и расчеты показали снижение коэффициентов передачи и отражения ЭМИ за счет уменьшения проводимости и изменения диэлектрических потерь композиционного покрытия из-за повышения содержания диоксида кремния и уменьшения процентного содержания углерода.
Бесплатно
Статья научная
Несмотря на многообразие существующих способов очистки сточных вод эту проблему нельзя считать решенной для предприятий деревообрабатывающей промышленности. Учитывая, что в состав сточных вод фанерно-плитных комбинатов входят фенолы, формальдегид и многие другие токсичные вещества, разработка способа их очистки является крайне важной и актуальной задачей. В связи с этим нами проведено исследование эффективности очистки сточных вод уфимского фанерно-плитного комбината (УФПК) озонированием в присутствии доступных и наиболее изученных гетерогенных катализаторов: Fe2O3, нанесенного в виде наноплёнки на 0,5–1,0 мм частицы γ-Al2O3; Al2O3, нанесенного в виде наноплёнки на 2,5–3,0 мм частицы TiO2, MnO2, нанесенного в виде наноплёнки на 2,5–3,0 мм частицы TiO2. Оптимальные условия очистки определяли по кинетическим кривым разложения фенола. Результаты проведённых экспериментов по каталитическому озонированию сточных вод показали высокий эффект очистки. ХПК снизилось в 1,7 (Al2O3, MnO2) и в 3 раза (Fe2O3) по сравнению с озонированием без катализатора. Полученные результаты позволяют уверенно утверждать, что для повышения эффективности очистки сточных вод УФПК необходимо озонирование проводить в присутствии гетерогенного нанокатализатора Fe2O3, который используется в небольшом количестве, поэтому отсутствует необходимость очищения воды от ионов железа (III) в гомогенном катализе. Концентрация иона железа (III) не превышала предельно-допустимую концентрацию в питьевой воде (0,3 мг/дм3). Эффект очистки по ХПК достигает 96%. В работе приведены физико-химические показатели качества исходной сточной воды и после озонирования в присутствии катализатора Fe2O3. Исследованный способ очистки позволяет снизить содержание фенола до нормативного показателя качества (0,01 мг/дм3). Предварительное озонирование сточных вод повышает эффективность дальнейшей биологической очистки.
Бесплатно
Определение количества Ca(OH)2 связанного добавкой нано-SiO2 в цементном камне
Статья научная
Методом термогравиметрического анализа выполнено сравнение содержания Ca(OH)2 в твердеющем цементном камне, который содержит добавку наночастиц SiO2 и в бездобавочном камне. Использовали алитовые портланд-цементы «SsangYong» и «Denki». В качестве добавки наночастиц SiO2 вводили гидротермальный золь «Геосил». Количество введенного нано-SiO2 составляло от 1,15 до 1,74 мас.% относительно расхода цемента. Водоцементное отношение обеспечивали на уровне В/Ц = 0,39–0,26. Компенсирующее количество поликарбоксилата SVC-5Neu составляло 0,2–0,77 мас. %. Содержание Ca(OH)2 рассчитывали по потерям массы образца цементного камня в интервале температур 460–510оС. Определено, что добавка золя «Геосил» быстро реагирует с Ca(OH)2 в цементном камне, значительно (до 40%) снижая его содержание. К периоду 24 ч золь «Геосил» связывает до 750 [мг CaO /г SiO2] и продолжает связывать CH вплоть до 100–700 сут, до значения δCaO = 1300 [мг CaO /г SiO2]. Пуццолановая реакция связывания Ca(OH)2 с образованием гидросиликатов кальция может быть одним из механизмов повышения прочности бетона при вводе наночастиц SiO2.
Бесплатно
Определение соединений кремния в составе заполнителей бетона из отходов производств
Статья научная
Накопление отходов производства является актуальной проблемой промышленности, а использование вторичного сырья при производстве строительных материалов является важной задачей во всем мире. В статье рассмотрены результаты исследования содержания растворимого кремнезема в составе заполнителей бетона из отходов производств. Установлено, что содержание растворимых соединений кремния – в пределах нормы, а исследованные материалы можно использовать в качестве заполнителей в бетон. На основании этих результатов мы можем выполнять дальнейшие исследования по изготовлению бетонов с повышенной коррозионной стойкостью к агрессивным воздействиям с применением заполнителей из отходов производств.
Бесплатно
Статья научная
Изложены предпосылки оптимального проектирования составов строитель- ных смесей для получения прессованных бетонов на цементной связке, базирую- щиеся на закономерностях формирования полидисперсных структур, включая ми- кро- и наноуровень. Приведен выбор методов моделирования упаковок зернистых сыпучих систем и расчета оптимальной гранулометрии сырьевых смесей с наибо- лее плотной упаковкой зерен, обеспечивающих оптимальные параметры уплотне- ния смесей. Показано влияние влажности сырьевой смеси на упаковку ее частиц и насыпную плотность, а также прочность готового материала с учетом действия капиллярного сцепления.
Бесплатно
Оптимизация состава высокодисперсных композитов строительных растворов
Статья научная
Исследовано влияние высокодисперсных компонентов горных пород на свойства строительного раствора. Обоснована возможность получения строительного раствора с использованием ресурсов сырьевой базы Архангельской области путем введения высокодисперсного композита на основе базальта и кремнеземсодержащей породы. Разработан состав эффективного строительного раствора с использованием композита в высокодисперсном состоянии.
Бесплатно
Статья научная
В статье изложены перспективы модифицирования цементных композитов на разных масштабных уровнях (нано-, микро-, макро-). Представлены основные виды микро- и наномодификаторов, используемых в современной технологии бетонов. Показаны преимущества применения фуллереноподоб- ных частиц для наномодифицирования цементных бетонов. Предложено использование комплексных модификаторов на основе дисперсных волокон, минеральных добавок и наночастиц. В качестве основных компонентов дисперсно-армированных мелкозернистых бетонов использовались: цемент класса ЦЕМ I 42,5Б производства ОАО «Мордовцемент», речной песок Новостепановского карьера (п. Смольный Ичалковского района Республики Мордовия), микрокремнезем конденсированный уплотненный (МКУ-85) производства ОАО «Кузнецкие ферросплавы» (г. Новокузнецк), высокоактивный метакаолин белый производства ООО «Мета-Д» (г. Днепродзержинск), гидроизоляционная добавка в бетонную смесь «Пенетрон Адмикс» производства ООО «Завод гидроизоляционных материалов «Пенетрон» (г. Екатеринбург), поликарбоксилатный суперпластификатор Melflux 1641 F (BASF Construction Polymers, Германия). Дисперсное армирование бетонов обеспечивалось введением трех видов фибр: полипропиленовое мультифиламентное волокно с длиной резки 12 мм, полиакрилонитрильное синтетическое волокно FibARM Fiber WВ с длиной резки 12 мм, модифицированная астраленами базальтовая микрофибра «Астрофлекс-МБМ» длиной 100500 мкм. Анализ результатов исследования насыщенного D-оптимального плана осуществлялся по полиномиальным моделям типа «смесь I, смесь II, технология - свойства», учитывающим влияние 6 варьируемых факторов. С помощью метода экспериментально-статистического моделирования выявлены оптимальные области варьирования компонентов модифицированных мелкозернистых дисперсно-армированных бетонов. Построены полигоны распределения уровней факторов модифицированных цементных дисперсноармированных бетонов, что позволило проследить изменение полей предела прочности при сжатии и на растяжение при изгибе в возрасте 28 суток в зависимости от требуемой характеристики и варьируемых параметров.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Управление физико-химическими процессами структурообразования высокофункциональных цементных композитов может обеспечиваться на нескольких масштабных уровнях за счет использования модификаторов различной природы и механизма действия, в частности микро- и наноразмерных минеральных добавок природного и техногенного происхождения. Известно, что перспективным сырьем для получения минеральных модификаторов для цементных систем являются глинистые и карбонатные породы. Целью данного исследования явилось установление закономерностей влияния рецептурно-технологических параметров получения минеральных добавок (вещественный и гранулометрический состав, температура обжига) на основе прокаленных глинистых и карбонатных пород на их активность в цементных системах. Методы и материалы. Исходным сырьем для получения минеральных добавок являлись полиминеральные глины и карбонатные породы (доломит и мел) ряда месторождений Республики Мордовия. Удельная поверхность модификаторов определялась по методу Козени-Кармана на приборе дисперсионного анализа ПСХ-12. Исследование гранулометрического состава порошков осадочных пород осуществлялось методом лазерной дифракции. Изучение физико-химических процессов, протекающих при термообработке полиминеральных глин и карбонатных пород, проводилось с применением метода синхронного термического анализа. Оптимизация температуры обжига глинисто-карбонатных композиций осуществлялась по результатам исследования влияния их добавок на активность цементного вяжущего с определением индекса активности модификатора в соответствии с методикой ГОСТ Р 56178-2014. Результаты и обсуждение. По результатам исследования процессов дегидратации глинистых минералов установлено, что оптимальная температура обжига полиминеральных глин находится в области 500+800°C. Данному температурному диапазону соответствуют процессы начальной перестройки кристаллической структуры минералов каолинитовой и иллитовой групп, связанные с их дегидроксилированием, что способствует переходу указанных фаз в активную форму. Результаты исследования влияния добавок обожженных глинисто-карбонатных композиций на активность цементного вяжущего подтвердили данные термического анализа. Установлено, что получению наиболее эффективных минеральных модификаторов способствует прокаливание глин и глинисто-карбонатных смесей при температуре 700°C. Заключение. По совокупности исследований выявлены закономерности в системе «состав модификатора - температура обжига осадочных пород - активность смешанного вяжущего», позволяющие оптимизировать рецептурно-технологические параметры получения минеральных добавок для достижения требуемого уровня прочностных характеристик цементных композитов.
Бесплатно
Опыт применения тубулярных углеродных наноструктур в строительных материалах
Статья научная
В работе представлены результаты исследований влияния добавки углеродных нанотрубок на свойства цементных и полимерных композиционных материалов. Сверхмалое содержание углеродного наномодификатора в объеме композита приводит к повышению физико-механических и эксплуатационных характеристик материала.
Бесплатно
Статья научная
В этой статье мы рассматривали возможности применения квазигомо-генного приближения для описания свойств дисперсных систем. Мы использовали статистический полимерный метод на основе рассмотрения усредненных структур всех возможных макромолекул одинакового веса. Выведены уравнения, позволяющие оценить многие аддитивные параметры макромолекул и содержащих их систем. Статистический полимерный метод позволяет моделировать разветвленные, сшитые макромолекулы и содержащие их системы, находящиеся в состоянии равновесия или в неравновесном состоянии. Фрактальное рассмотрение статистического полимера позволяет моделировать различные виды случайного фрактала и других объектов, изучаемых методами фрактальной теории. Способ статистического полимера применим не только к полимерам, но также и к композитам, гелям, ассоциатам в полярных жидкостях и другим агрегативным системам. В данной работе было описано состояние коллоидных растворов оксида кремния с точки зрения статистической физики. Такой подход основан на идее, состоящей в том, что коллоидный раствор диоксида кремния - золь диоксида кремния - состоит из очень большого числа взаимодействующих друг с другом частиц, находя- щихся в непрерывном движении. Она посвящена изучению идеализированной системы сталкивающихся, но не взаимодействующих частиц золя. Был проведен анализ поведения золя кремнезема с точки зрения распределения Максвелла-Больцмана, и была рассчитана средняя длина свободного пробега коллоидных частиц. На основании этих данных было рассчитано количество частиц, способных преодолеть потенциальный барьер при столкновении. Для моделирования кинетики золь-гель перехода были рассмотрены различные подходы.
Бесплатно
Основные принципы практической нанотехнологии в строительном материаловедении
Статья научная
В статье приводится методика оценки технико-экономической эффективности нанотехнологий. Определена область эффективных нанотехнологий, рассмотрены способы получения наноматериалов стабильного качества, описаны способы однородного распределения наномодификаторов в объёме композита, предложены основные принципы практической нанотехнологии и алгоритм синтеза композитов.
Бесплатно
Основные пути создания пористых композиционных материалов
Статья научная
Настоящая работа посвящена обзору основных путей создания пористых композиционных материалов. Пористый материал представляет собой твердое тело, содержащее в своем объеме свободное пространство в виде полостей, каналов или пор, которые обусловливают наличие внутренней межфазной поверхности. Проведен анализ общих методов получения пористых материалов. Осаждение является одним из наиболее распространенных методов получения пористых материалов. Термическое разложение как метод применяется для получения оксидных пористых материалов путем термического разложения различных соединений. Гидротермальный синтез широко используется для получения цеолитов. Селективное растворение отдельных компонентов вещества с помощью химических реакций также является одним из эффективных методов создания или увеличения пористости. Выжигание горючей составляющей гидрогелей различных гидроксидов также используется для формирования пористости некоторых сорбционных материалов. В работе рассмотрены методы формования высокопористых огнеупорных материалов. Существуют два основных пути формования огнеупорных керамических изделий. Первый путь - прямое спекание дисперсий керамических волокон. Вторым методом является применение связующего, которое позволяет значительно снизить температуру процесса получения пористого продукта. Показаны возможности получения пористых нанокомпозитов на основе аэрогелей. Композитные материалы получают путем объединения двух различных материалов. В общем, создание композитов используется для того, чтобы использовать преимущества каждого типа материала и минимизировать их недостатки. Так, аэрогели являются хрупкими субстанциями. Но при введении в их структуру другого компонента можно увеличивать прочность материала. Такие материалы имеют желаемые оптические свойства, высокую площадь поверхности и низкую плотность, как у аэрогеля кремнезема. Проведен обзор методов получения пористых материалов с применением явления спинодального распада. Материалы, структура которых формируется в процессе микрофазового расслоения при полимеризации или поликонденсации, обладают высокой проницаемостью и достаточно большой удельной поверхностью. Существенным преимуществом таких материалов является высокая пористость, которая может достигать 80% и более.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрены технологические особенности изготовления дорожных цементных бетонов с углеродными наночастицами. Проведены ис¬следования по определению влияния УНЧ на свойства цементного теста и мономинералов цементного клинкера. Разработана методика определения подвижности и вязкости цементного теста под действием вибрации. Показа¬но, что при оптимальном содержании УНЧ в цементном тесте наблюдается увеличение его подвижности и снижение вязкости. введение УНЧ в цементное тесто способствует удлинению его сроков схватывания. Проведены исследо¬вания электрокинетического потенциала (2; - потенциала) суспензий цемента и мономинералов цементного клинкера с УНЧ. Показано, что введение УНЧ в суспензии мономинералов цементного клинкера трехкальциевого алюмината (С3А) и четырехкальциевого алюмоферрита (C4AF) приводит к резкому увели¬чению электроотрицательности и изменению знака £ - потенциала этих моно¬минералов на противоположный. Установлено влияние углеродных наночастиц на механические и струк¬турные характеристики цементного камня и бетонов с УНЧ. Показано, что эффективность влияния УНЧ на процессы структурообразования снижается при переходе от субмикроуровня к микроуровню и далее мезо- и макроуров¬ню. Эффективность влияния УНЧ зависит от способа уплотнения бетонных смесей: уплотнение жестких смесей прессованием или вибропрессованием приводит к большим приростам прочности при введении УНЧ, чем виброуплотнение подвижных смесей в 2 раза. Проведены электронно-микроскопические исследования структуры виброуплотненных и прессованных бетонов и цементного камня. Показано, что в структуре бетона с УНЧ наблюдаются пространственные каркасы, вокруг и внутри которых происходит кристаллизация новообразований, что интенсифицирует процессы структурообразования. У бетонов с УНЧ преобладает плотная структура, граница по зоне контакта между цементным камнем и заполнителем размыта, структура равномерная и плотная, пористость растворной части незначительна, представлена микропорами. Применение УНЧ улучшает эксплуатационные свойства бетона: увеличивается морозостойкость, снижается водопоглощение и истираемость
Бесплатно
Статья научная
Целенаправленно влиять на реологические свойства высококонцентрированных минеральных суспензий, применяемых в строительной индустрии, позволяет направленный синтез макромолекул наноразмеров и определенного строения, обладающих высокой адсорбционной способностью на поверхности минеральных частиц и способных модифицировать структуру граничного слоя. Адсорбционная способность органических соединений зависит, в первую очередь, от длины углеводородной цепи и молекулярной массы соединения. в результате конденсационного взаимодействия фенола и его производных с альдегидами получаются олигомеры и полимеры, строение которых зависит от функциональности фенола, вида альдегида, мольного соотношения реагентов, рН среды реакции. так, меняя тип или функциональность исходных мономеров, либо условия синтеза, можно синтезировать линейные термопластичные олигомеры (новолаки), либо сильно разветвленные термореактивные олигомеры (резолы). Установлено, что получение резолов идет при более мягких условиях в щелочной среде, при этом отсутствует необходимость нейтрализации продуктов реакции, как в случае с получением новола-ков, синтез которых, как правило, протекает в кислой среде. Синтезирован ряд термореактивных олигомеров на основе трифункци-ональных многоатомных фенолов. Изучены теоретические и практические особенности синтеза резольных олигомеров, определены оптимальные условия синтеза, установлен состав и строение макромолекул методами ИК- ПМР-спектроскопии, жидкостной хроматографии и кондуктометрии, рассчитана длина развернутой олигомерной молекулы. полученные соединения были отнесены к наноразмерным модификаторам минеральных дисперсий.
Бесплатно
Особенности формирования пленок оксида кремния, модифицированных наночастицами металла
Статья научная
Введение. Пленочные покрытия на основе оксида кремния обладают уникальными свойствами и широко распространены в различных областях промышленности, в том числе в строительстве. В работе представлены результаты по получению пленки из полиалкилгидроксисилоксановой жидкости в присутствии наноразмерных частиц металлического висмута. Материалы и методы исследования. Для получения наночастиц висмута использовали метод лазерной абляции металлического висмута в водной среде. Обработка поверхности мишени лазерным лучом производилась на рабочей станции иттербиевого импульсного волоконного лазера. Размер частиц и электрокинетические свойства коллоидных золей висмута определяли методом динамического рассеяния света. После высушивания порошок Bi добавляли в полиалкилгидроксисилоксановую жидкость. Методом окунания на стеклянные подложки нанесены тонкие пленки, отвержденные при разных режимах термообработки. Полученные пленки были оценены с помощью СЭМ, а также с использованием рентгенофазового анализа и ИК-Фурье спектроскопии. Результаты и обсуждение. В работе обсуждаются электрокинетические свойства коллоидных золей висмута. Лазерная абляция висмутовой подложки приводит к увеличению электропроводности и возникновению двойного электрического слоя в коллоидном золе. Показано влияние температуры отверждения на свойства покрытия. Установлено, что малое содержание наночастиц висмута в полиалкилгидроксисилоксановом покрытии (3% масс.) не приводит к образованию кристаллических фаз. При этом состав пленки и режим термической обработки влияют на ближний порядок молекулярных связей. Повышение содержания наночастиц висмута в покрытии до 10% масс. способствует появлению в системе микрокристаллических фаз силикатов висмута. Заключение. Полученные в ходе исследования результаты дополняют сведения о получении наночастиц висмута методом лазерной абляции и имеют большое значение в практике создания композиционных пленок.
Бесплатно
