Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Статьи журнала - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Все статьи: 986
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
Персоналии
Бесплатно
От ультрадисперсных металлических и оксидных порошков к наноразмерным
Статья научная
Приведен обзор результатов многолетних исследований Института металлургии Уральского отделения Российской академии наук. Показаны возможности практического использования результатов и перспективность дальнейших исследований.
Бесплатно
Статья научная
Развитие электронных устройств и их повсеместное распространение приводит к необходимости интеграции строительных и экранирующих технологий, что позволило бы создавать строительные материалы для зданий и выделенных помещений, снижающих уровень распространяющихся электромагнитных полей бытовых и промышленных источников. Такие помещения могут использоваться для решения проблем электромагнитной совместимости, неконтролируемого воздействия электромагнитных излучений (ЭМИ) на организм человека, обеспечения защиты критичной информации, обрабатываемой автоматическими средствами. Помимо высокой эффективности экранирования, материалы для строительства или отделки помещений должны удовлетворять определенным требованиям по пожарной безопасности. Проведенные исследования многослойных экранирующих материалов на основе композитов с магнитными и диэлектрическими потерями показали, что эффективность экранирования ЭМИ составляет 20.35 дБ в диапазоне частот 0,7.17 ГГц. Коэффициент отражения ЭМИ исследованными материалами составляет -5...-1 дБ. При исследованиях воздействия открытого пламени (+1700 оС) определялось время сквозного прогорания образцов. Показано, что использование в составе композиционных материалов гигроскопичных водных растворов позволяет увеличить время сквозного прогорания материала толщиной 0,3 мм до 140 с.
Бесплатно
Статья научная
Публикуются отдельные результаты отраслевого исследования «Развитие российского рынка нанотехнологических продуктов в строительной отрасли до 2020 года». Авторы приглашают всех заинтересованных специалистов и профильные организации к широкому общественному обсуждению.
Бесплатно
Статья научная
Публикуются отдельные результаты отраслевого исследования «Развитие российского рынка нанотехнологических продуктов в строительной отрасли до 2020 года». Авторы приглашают всех заинтересованных специалистов и профильные организации к широкому общественному обсуждению.
Бесплатно
Статья научная
В предыдущих публикациях [1, 2] были проанализированы основные показатели мирового рынка нанотехнологических стройматериалов. Сегодня он оценивается в 12 млрд долларов, при этом в самое ближайшее время ожидается его бурный рост. В данном материале приведен анализ российского рынка.
Бесплатно
Статья научная
Смачиваемость поверхности каналов фильтрации жидкостей и газов в естественных условиях коллекторов нефти и газа является одним из параметров, во многом определяющих фильтрацию. Характер смачиваемости поверхности канала фильтрации определяет фазовую проницаемость, капиллярные силы и интенсивность адсорбции на границе раздела фаз. Способность поверхности канала фильтрации к смачиваемости полярной или неполярной фазами пластового флюида и технологических жидкостей оказывает влияние на фильтрационно-емкостные параметры нефтегазонасыщенных пород. В связи с этим при разработке нефтяных и газовых месторождений большое внимание уделяется изучению физико-химических явлений и процессов, происходящих на границах разделов фаз. В статье представлены результаты комплекса лабораторных экспериментов по исследованию поверхностной активности коллоидной системы в виде эмульсии со сверхзаряженными наночастицами. С целью оценки влияния эмульсионной системы с наночастицами на смачиваемость поверхности каналов фильтрации горных пород-коллекторов нефти и газа был проведен комплекс фильтрационных экспериментов с применением методики Горного бюро США (USBM)...
Бесплатно
Статья научная
Введение. Важной эксплуатационной характеристикой многих строительных материалов является отношение их к воде. Поэтому гидрофобизация поверхности материала является важной задачей, которая на современном уровне решается за счет нанесения специальных средств. Установлено, что можно придать водооталкивающие свойства поверхности за счет применения полидисперсных минеральных материалов, способных образовывать шероховатую поверхность. В качестве гидрофобизата предложено использовать тонкодисперсный порошок из полиминерального песка. Выявленная функциональная взаимосвязь между удельной поверхностью и величиной среднего диаметра частиц порошков, имеющая линейный характер, позволяет оценить их морфологическое строение и спрогнозировать способность порошка образовывать шероховатый слой, усиливающий водоотталкивающие свойства поверхности. Методы и материалы. В качестве сырьевых материалов выбраны четыре месторождения полиминеральных песков. Отобранные пробы промывали и высушивали. Затем определяли модуль крупности и истинную плотность. Для получения высокодисперсных порошков сырьевой материал измельчали методом сухого диспергирования. Размерные характеристики частиц определяли методом фотонно-корреляционной спектроскопии. Визуальная характеристика формы и размера частиц определена на лазерном анализаторе. Удельную поверхность высокодисперсных систем горных пород определяли методом сорбции газа, по теории БЭТ. Измерение краевого стационарного угла смачивания осуществлялось путем нанесения капли дистиллированной воды на поверхность порошка. Результаты и обсуждение. Размерные характеристики полученных фракций показали, что при продолжительности помола (30 мин) для песков всех месторождений средний размер частиц (d) составляет 360±45 нм. При этом наибольшими значениями удельной поверхности (Ssp) обладают пески месторождений «Кеницы» и «Нехтское». Определена функциональная взаимосвязь между Ssp испытуемых порошков и 1/d. Полученные линейные зависимости были охарактеризованы математическими выражениями вида Ssp = (a ⁄ d)+b, где a отражает скорость изменения величины удельной поверхности по мере изменения среднего диаметра частиц образцов; b – сдвиг линии регрессии, связанный с несимметричной формой частиц и неоднородностью (шероховатостью) поверхности. Установлено, что при возрастании величины b увеличивается и степень неоднородности поверхности, образованная этими частицами. Определение краевого угла смачивания поверхности исследуемых порошков показало, что с увеличением времени помола угол смачивания (гидрофобность поверхности) увеличивается. Так, для поверхности тонкодисперсного порошка месторождения «Нехтское» краевой угол смачивания достигает значения (114о), близкого по величине к супергидрофобности (120о). Заключение. Проведенные эксперименты показали справедливость предложенной рабочей гипотезы, связанной с возможной оценкой гидрофобности поверхности по экспериментально определенной зависимости Ssp = f (1/d). Данный прием можно использовать для подбора минеральных порошков, тонкодисперсные системы которых способны проводить гидрофобизацию (при необходимости гидрофилизацию) поверхности материала.
Бесплатно
Оценка долговечности наноструктуры волокон минеральной ваты с применением теории химической коррозии
Статья научная
Введение. Минеральная вата является одним из наиболее востребованных материалов в строительной индустрии. С этим связана и широкая номенклатура технологий и конструкций с применением минеральной ваты: вентилируемые фасады зданий, фасады, выполненные по технологии СФТК, утепление кровель и чердаков и многое другое. Методы и материалы. В разных условиях долговечность наноструктуры волокон минеральной ваты будет значительно изменяться. В настоящее время нет научно-обоснованных методов оценки долговечности наноструктуры волокон минеральной ваты. Результаты. В статье предлагается проводить оценку долговечности наноструктуры волокон минеральной ваты на основании разработанного метода химической деструкции строительной керамики. Приводятся методики лабораторного анализа долговечности материала строительной керамики и их модернизации для волокон минеральной ваты. Обсуждение. По результатам проведенных экспериментальных исследований установлено, что процесс коррозии внутри материала минеральной ваты происходит по механизму реакции гидроксидов щелочных металлов с оксидами кремния и алюминия в материале минеральной ваты, выводя их в раствор и приводя к химической деструкции материала, что в целом аналогично изученному процессу деструкции материала стеновой керамики. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что процесс химической деструкции минеральной ваты имеет большую зависимость от температуры и меньшую зависимость от концентрации гидроксидов, чем процесс деструкции материала кирпича. Заключение. Результаты проведенных исследований позволяют выполнить расчеты температурного коэффициента скорости процесса деструкции в формуле Вант-Гоффа, коэффициентов в уравнении Аррениуса и значения энергии активации процесса деструкции. Приведены примеры натурных исследований.
Бесплатно
