Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Статьи журнала - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Все статьи: 1080
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
Определение эффективных параметров треугольной гофрированной стенки подкрановых балок
Статья научная
Введение. Цель исследования - изучить поведение подкрановых балок с треугольными гофрированными стенками, которые находят все более широкое применение в промышленном строительстве благодаря повышенной устойчивости к сдвигу и конструктивной эффективности. Плоские стенки имеют ряд недостатков - высокие напряжения и большой расход. Оптимизация геометрии гофров позволяет повысить прочность и снизить себестоимость конструкции. Методы и материалы. Работа основана на численном моделировании методом конечных элементов (МКЭ) в программе LIRA-CAD 2022 и полномасштабных экспериментальных испытаниях. Была исследована работа балок с гофрированной и плоской стенкой при нагрузках от кранов грузоподъемностью 10, 30 и 50 тонн. Оценивались деформации и распределение напряжений и сдвига. Результаты и обсуждение. Расчетная модель продемонстрировала высокую точность (максимальное отклонение от эксперимента 2,9%). Подкрановые балки с гофрированной стенкой показали меньшие касательные и нормальные напряжения, меньшие прогибы и более равномерное распределение усилий. Также они оказались более экономичными за счет меньшего расхода.
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 свойств и структуры особолегких материалов с применением цифровых методов
Статья научная
Введение. Решение задач, направленных на повышение эффективности строительства, непосредственно связано с применением минеральных особолегких материалов, к которым относят минераловолокнистые материалы, пеностекло, ячеистое стекло холодного отверждения, ячеистые бетоны и пеногипс. Методы и материалы. Целью исследований, изложенных в статье, являлось изучение влияния технологических факторов на свойства пеногипса, а также на особенности формирования его структуры и оптимизация его составов. Основой методологии стали цифровые методы планирования, обработки результатов и аналитической их оптимизации.
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
Оптимизация состава и свойств керамического композита на основе барита и бентонита
Статья научная
Введение. В настоящее время барит активно используется в различных отраслях народного хозяйства, в том числе в бу- мажной, строительной, лакокрасочной, резиновой, химической, металлургической и электротехнической промышленно- сти, а также в сельском хозяйстве и медицине. Литературный анализ показал, что состав и свойства барита зависят от его месторождения. Для переработки барита разработаны различные технологии, в том числе методы получения материалов для разнообразных областей применения. Особое внимание уделяется созданию радиационно-стойких и радиационно-за- щитных материалов, включая радиационно-стойкие бетоны и керамику. Методы и материалы. В Кыргызской Республике насчитывается более 40 месторождений барита. Среди них особенно выделяется месторождение «Арсы», запасы которого находятся в достаточном объеме. Химический состав барита месторождения «Арсы» был исследован с использованием атомно-эмиссионного спектрального анализа, рентгенофлуоресцентного метода и силикатного химического анализа. Результаты анализа показали, что химический состав барита включает сульфат бария (BaSO₄) в количестве около 89–91%. Остальные компоненты представлены примесями: кальций (Ca) – 8–8,4%, диоксид кремния (SiO₂) – 1,6–1,8%, оксид алюминия (Al₂O₃) – 0,1–0,13%, оксид железа (Fe₂O₃) – 0,15–0,25%. Микрокремнезем представляет собой тонкодисперсный порошок, со- стоящий из частиц диоксида кремния (SiO₂) размером от 0,1 до 0,3 микрометра. Содержание SiO₂ составляет около 85–98%. В его составе также присутствуют примеси: оксид алюминия (Al₂O₃) – 0,2–0,8%, оксид железа (Fe₂O₃) – 0,1–0,5%, оксид кальция (CaO) – около 0,5%. Химический состав бентонита Абширского месторождения характеризуется следующим содержанием компонентов: диоксид кремния (SiO₂) – 65,84%, оксид алюминия (Al₂O₃) – 14,8%, оксид железа (Fe₂O₃) – 4,35%, оксид кальция (CaO) – 2,85%, оксид магния (MgO) – 1,76%, потери при прокаливании (п.п.п.) – 2,72%, прочие примеси – 7,68%. Для перера- ботки баритового порошка был применен гидрокавитатор, обеспечивающий эффективную обработку жидких сред за счет сочетания кавитационного и механического воздействия. Результаты. Для разработки технологии и оптимизации состава и свойств керамического композита в качестве сырьевых компонентов были использованы бентонитовая глина, тонко- измельченный барит и микрокремнезем. Эксперимент проводился по четырехфакторному плану В4. На основе уровней варьирования факторов и полученных экспериментальных данных были построены уравнения регрессии, описывающие зависимость плотности, водопоглощения, прочности и усадки материала. В соответствии с этими уравнениями были раз- работаны номограммы, отражающие влияние исследуемых факторов в рамках экспериментального плана. Были опреде- лены оптимальные параметры, обеспечивающие высокую прочность керамического композита: содержание баритового порошка – около 20–25%, микрокремнезема – около 5%, температура обжига – приблизительно 850 °C, продолжительность термообработки – 30–45 минут. Далее баритовый порошок был переработан с использованием гидрокавитатора, после чего были определены технологические режимы и физико-технические характеристики порошка после кавитационной обработки. Состав и свойства баритового порошка были исследованы с использованием рентгенодифрактометрического анализа, выполненного на дифрактометре AL-27MINI в диапазоне 2θ от 10° до 70°. Фурье-ИК спектры регистрировались на спектрометре IRSpirit-T, оснащенном приставкой QATR-S, в диапазоне 400–4000 см–1. Заключение. Оптимизация со- става и свойств керамического композита на основе анализа математических моделей указывает на целесообразность использования баритового порошка в количестве около 20–30% и микрокремнезема – до 10%, при температуре обжига 850–900 °C и длительности термообработки 30–45 минут. Такой состав позволяет достичь высоких показателей прочности и водостойкости материала. После кавитационной обработки баритовый порошок изменяет свою химическую активность и допускается к использованию в составе композита в количестве до 20% по массе от массы бентонита. Добавление более 20% баритового порошка вызывает интенсивные химические реакции, обусловленные присутствием серы, что приводит к разрушению структуры материала. В связи с этим рекомендуется ограничить количество баритовой добавки уровнем до 20%, чтобы избежать нежелательных эффектов, включая взрывные или разрушительные процессы в структуре керамического композита.
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
