Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Статьи журнала - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Все статьи: 1029
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
Статья научная
Введение. В условиях устойчивого строительства важной задачей становится разработка эффективных решений по переработке и повторному использованию золошлаковых отходов, образующихся при работе ТЭЦ. Современные исследования подтверждают потенциал золошлака как частичного заменителя традиционного песка в бетонных смесях. Однако большинство работ сосредоточено на традиционном бетоне и не учитывает специфические требования к реологическим свойствам и межслойной адгезии, критически важным для технологии 3D-печати. Методы и материалы. В исследовании использовались портландцемент М450, золошлак Усть-Каменогорской ТЭЦ, дроблёный песок и суперпластификатор MasterGlenium. Разработка бетонных смесей проводилась поэтапно: базовый состав, контрольный (с повышенным водоцементным отношением) и экспериментальные составы с заменой песка на 25% и 50% золошлака. Образцы изготавливались методом 3D-печати на строительном принтере S-6045 и испытывались на прочность, плотность, межслойную адгезию, а также подвергались микрои наноструктурному анализу. Результаты и обсуждение. В ходе экспериментов были разработаны бетонные смеси с 25% и 50% заменой песка золошлаковыми отходами, показавшие снижение плотности и прочности по сравнению с контрольным составом. Однако смеси с 25% золошлака сохранили удовлетворительную прочность, формоустойчивость и межслойную адгезию. Микрои наноструктурный анализ подтвердил связь между уплотнением структуры и физико-механическими характеристиками. Несмотря на ограничения, исследование продемонстрировало потенциал золошлаковых отходов ТЭЦ как компонента для 3D-печати при условии оптимизации состава и технологии экструзии. Заключение и выводы. Результаты исследований показали, что замена 25% песка золошлаковыми отходами является оптимальной для составов мелкозернистого бетона, предназначенного для 3D-печати. Такой подход позволяет повысить ресурсную эффективность и экологичность строительных технологий без ухудшения эксплуатационных характеристик готовых изделий.
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
Введение. В современной строительной отрасли вантовые конструкции занимают особое место благодаря своим уникальным характеристикам и широким возможностям применения. Они позволяют создавать архитектурно выразительные здания с большими пролетами, обеспечивая высокую экономичность и минимальный вес конструкций. Особый интерес вызывают системы с перекрестным расположением вант и арочно-вантовые комбинированные решения, включая «tensegrity»структуры. Материалы и методы. Исследование основывается на анализе нормативных документов, научно-технической литературы, отражающих монтаж вантовых покрытий, включая особенности применения различных материалов, в том числе произведенных с применением нанотехнологий, требования к качеству материалов, технологические процессы установки и контроль надежности конструкций. Проведен сравнительный анализ различных типов вантовых систем (параллельное, радиальное и перекрестное расположение вант), а также рассмотрены примеры их практического применения. Результаты и обсуждения. На основе анализа нормативных документов и научно-технической литературы сформирована классификация вантовых покрытий по различным категориям, отражающим их конструктивные особенности и области применения. Проанализированы преимущества и недостатки каждого типа вантовых покрытий, выявлены прогрессивные методы монтажа вантовых покрытий. Заключение. Использование вантовых покрытий, особенно с перекрёстным расположением вант включая «tensegrity» структуры, является перспективным направлением в современном строительстве. Данные типы конструкций позволяют создавать сложные архитектурные решения, создавая лёгкие, эстетически привлекательные покрытия. В то же время проектирование и монтаж вантовых конструкций требуют учета всех их недостатков и ограничений для обеспечения прочности и долговечности зданий и сооружений.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Одной из основных геотехнических проблем является закрепление неустойчивых грунтов в связи с их недостаточно высокими показателями по деформационным, физико-механическим, фильтрационным характеристикам, что может привести к ненормативным осадкам, дестабилизации грунтового массива под действием внешних нагрузок или даже собственного веса. Благодаря развитию химических технологий как в мире, так и в Российской Федерации, использованию современного оборудования в совокупности с новыми инновационными технологиями возникают новые методы и создаются новые материалы для решения широкого спектра возникающих геотехнических задач. Основные методы стабилизации грунтов минеральными составами (в основном, на базе портландцемента), несмотря на очевидные преимущества, не всегда позволяют производить работы в сильно водонасыщенных грунтах, в условиях высокой фильтрации, в грунтах с низкими показателями деформации. Так, периодически возникают проблемы цементационного закрепления, например, в водонасыщенных скальных грунтах при высоких гидростатических напорах, в различных трещиноватых грунтах, осложненных наличием карстовых воронок, в илистых и органоминеральных структурно-неустойчивых грунтах. Материалы и методы. Применение инновационных полимерных материалов, например, на полиуретановой основе, позволяет производить инъекцию смесей с максимально быстрым набором прочности материалов, что позволяет решать проблематику усиления грунтов в рамках данного передела или повышать критерии ограничения распространения инъекционных смесей для последующего нагнетания цементных растворов. Результаты и выводы. Проведенные лабораторные испытания и анализ ряда реализованных объектов позволяет считать данную технологию эффективной и практически применимой в сложных инженерно-геологических условиях и непроектных параметрах при реализации объектов подземного строительства.
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
Введение. В данной статье представлены результаты исследования по проектированию бетонной смеси, включающей летучую золу, доменный шлак, суперпластификатор и ингибитор повышения температуры для получения бетона с прочностью на сжатие 60 МПа через 28 дней. Смесь бетона используется для массивного бетонного фундамента с размерами 4×4×4 м. Методы и материалы. Для рассматриваемого бетона были проведены лабораторные исследования по определению прочности на сжатие и на растяжение. Также выполнены испытания по определению температурного нагрева в условиях адиабатического процесса. Результаты. С использованием численного эксперимента для рассмотренного состава бетона, климатических условий Вьетнама и выбранной конструкции бетонного массива выполнены исследования влияния на температурный режим двух факторов: температуры укладываемого бетона и интервала по времени между укладкой блоков, составляющих массив. Обсуждение. Из условия ограничения температурного перепада между центром массива и его поверхностью допустимой величиной 20°C получено уравнение, связывающее рассмотренные факторы. Также построены графики функций. Выводы. Результаты исследований могут использоваться в качестве практического руководства по строительству фундаментов из монолитного бетона, помогая минимизировать риск термического растрескивания и обеспечить долговечность и качество конструкции.
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
