Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Статьи журнала - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Все статьи: 1124
Оптимизация свойств легких керамических изделий с применением статистических методов
Статья научная
Введение. Повышение эффективности керамического кирпича и камней связано со снижением средней плотности изделий и соответствующей теплопроводностью. Одним из возможных путей является поризация структуры керамического изделия с помощью выгорающих добавок или введения специальных пен при приготовлении керамической смеси. Другая возможность связана с введением в структуру особо легких заполнителей и, в частности, дробленого пеностекла. Целью исследований являлась разработка методики определения и оптимизации рецептур легкого керамического кирпича, основанная на нормативных требованиях по прочностным характеристикам, плотности и теплопроводности. Методы и материалы. В качестве сырья использовались суглинок средней пластичности и флюсующий компонент (тонкомолотый бой стекла), а также измельченный пеностекольный щебень. Свойства образцов определялись по нормативным методикам, при планировании и обработке результатов эксперимента использовались статистические и цифровые методы.
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
Оптимизация состава и свойств легких материалов на основе жидкого стекла
Статья научная
Введение. Применение алюмосиликатных микросфер делает возможным получение легких обжиговых материалов повышенной прочности. Использование в качестве связующего жидкого стекла позволяет получать изделия при температуре обжига 400 оС, что значительно снижает энергозатраты по сравнению с керамическими материалами. Цель исследований, изложенных в статье, заключалась в разработке и апробации методики оценки свойств обжиговых изделий на основе жидкого стекла и силикатных микросфер, а также выбора оптимальных рецептурных и технологических параметров. Методы и материалы. В качестве связующего используется жидкое стекло плотностью 1400 кг/м3, а в качестве легкого заполнителя – алюмосиликатные микросферы. Исследование свойств изделий осуществлялось по нормативным методикам. Проведение эксперимента осуществлялось с использованием статистических и цифровых методов. Результаты. Разработана методика прогнозирования свойств обжиговых изделий, и на основании ее применения решены рецептурные и технологические задачи. Установлено, что если нужно получить изделие с наибольшей прочностью при сжатии, то наиболее приемлемым будет состав, содержащий 34% жидкого стекла, а давление формования должно составлять 4,6 МПа. В этом случае прочность на сжатие составит 16,2 ± 0,6 МПа; средняя плотность 711 ± 38 кг/м3 и теплопроводность 0,0114 ± 0,0006 Вт/(моС). Снижение прочности на сжатие при 75 циклах замораживания и оттаивания (по сравнению с прочностью сухих образцов) составляет 8–11%, а при 100 циклах – 11–14%. Обсуждение. В основе формирования свойств и структуры материала лежат процессы: равномерного распределения, вяжущего по поверхности гранул с подпрессовкой системы и кристаллизация вяжущего в процессе обжига с формированием прочных контактов между гранулами. Заключение. Обжиговые материалы на основе микросфер имеют более развитую поверхность единого порового пространства, что оказывает влияние на их водопоглощение, а следовательно, на прочность, теплопроводность и эксплуатационную стойкость.
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
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
Особенности изменения проницаемости и микроструктуры песка при укреплении полиуретановыми смолами
Статья научная
Введение. В сложных геотехнических условиях при строительстве, эксплуатации инженерных объектов используют укрепление несвязных грунтов полиуретановыми составами. Анализ современных исследований показал, что влияние полимеров на фильтрационные свойства песчаного грунта изучено недостаточно. Целью работы является определение особенностей изменения проницаемости и микроструктуры химически укрепленного песка в зависимости от способа обработки, расхода полиуретановых смол и внешних сжимающих нагрузок. Методы и материалы. Эксперименты проводили с мелкими, среднезернистыми песками. Для укрепления использовали двухкомпонентную высокоэластичную и однокомпонентную полиуретановые смолы, основное назначение которых - усиление грунтов, гидроизоляция, формирование противофильтрационных завес. Влияние составов на проницаемость и микроструктуру породы оценивали по результатам экспериментов, которые включали формирование смесей полимер-песок способами однорастворной и двухрастворной обработки смолами при объемном соотношении жидкий состав/порода - 0,05-0,25, исследование микроструктуры, проведение фильтрационных тестов при различных условиях нагружения образцов. Результаты и обсуждение. Определены особенности изменения проницаемости песка в зависимости от способа укрепления полиуретанами. В случае однорастворной обработки высокоэластичной смолой при объемном соотношении состав/порода - 0,2, проницаемость образцов составляет 7-13 -10-3 мкм2. Двухкратное уменьшение содержания смолы приводит к повышению проницаемости на 1-2 порядка, поскольку в структуре преобладают открытые межзерновые пустоты, формирующие связанные поровые каналы. Добавка малого объема однокомпонентного жесткого полиуретанового состава снижает проницаемость песка в 1,5 - 3,2 раза и повышает устойчивость образцов в условиях сжимающих нагрузок.
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
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 дисперсных, 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 позволяют считать данную технологию эффективной и практически применимой в сложных инженерно-геологических условиях и непроектных параметрах при реализации объектов подземного строительства. Данное исследование выполнено с использованием материально-технической базы Головного регионального центра коллективного пользования научным оборудованием и установками НИУ МГСУ при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (соглашение № 075-15-2025-549).
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
Статья научная
Введение. В обзоре систематизированы ключевые механизмы биоминерализации, реализуемые грибной культурой, для самовосстановления и упрочнения минеральных материалов – образование карбоната кальция (CaCO3) через гидролиз мочевины и метаболическую активность мицелия (FICP), а также оксалата кальция (CaC2O4) посредством секреции щавелевой кислоты (FIOP). Методы и материалы. Обзор основан на анализе рецензируемых научных публикаций (Scopus, Web of Science), из которых более 80% работ опубликованы за последние 5 лет (2022–2026 гг.). Внимание уделялось качественным и количественным показателям влияния грибов на характеристики укрепляемых материалов — составу и объему формирующихся минералов, приросту прочности и снижению водопоглощения, что подтверждалось методами нанои микроскопии. Результаты и обсуждение. В ходе исследования выявлена взаимосвязь между видами и штаммами грибов, реализуемыми механизмами биоминерализации, составами питательных сред и эффектами упрочнения минеральных материалов. Установлено, что Trichoderma reesei, Penicillium chrysogenum, Aspergillus niger и Neurospora crassa эффективно индуцируют карбонатную биоминерализацию, обеспечивая самовосстановление и повышение устойчивости бетонных конструкций и грунтовых матриц. Pleurotus ostreatus рассматривается как «модельный» организм: он способен осаждать оксалаты и карбонаты кальция, а также формировать «биоармирование», что приводит к циклическому самовосстановлению и упрочнению структуры минеральных материалов. Однако для реализации описанных биотехнологий необходимы разработка методик и стандартов их применения, а также апробация в реальных условиях эксплуатации. Заключение. Настоящий обзор представляет научную основу для дальнейшего развития экспериментальных данных и подтверждает перспективы применения грибной культуры для самовосстановления и стабилизации минеральных материалов в строительной, геотехнической и смежных отраслях.
Бесплатно
