Статьи журнала - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Все статьи: 939
Применение наноразмерных компонентов в многослойных композиционных материалах
Статья научная
Введение. Композиционные материалы для создания деталей и элементов конструкций в строительной индустрии в нашей стране распространены недостаточно. Композитные материалы это многослойные структуры из армирующих волокон, пропитанные связующим полимерным веществом, которое является одновременно клеем. Прочностные свойства слоистых конструкционных материалов достигаются за счет использования различных армирующих наполнителей и клеящих связующих. Широкое распространение в качестве слоистых материалов получили как тканые материалы из стекловолокон и углеволокон, так и сами волокна. В качестве связующих компонентов применяются различные термореактивные смолы (эпоксидные, фенолоальдегидные, полиэфирные, полиимидные, полиамидоимидные, полиамидные и др.). Среди них широкое распространение получили эпоксидные смолы, обладающие высокой прочностью, смачиваемостью и адгезией к различным материалам. Из слоистых композитных материалов (СКМ) изготавливают полимерную арматуру для армирования бетонных конструкций, различные трубы, каркасы-оболочки, для усиления существующих металлических и железобетонных сооружений, несущие элементы в малонагруженных конструкциях мостов и переходов. Однако они в то же время имеют существенный недостаток низкую межслойную прочность (склонность к расслаиванию). В результате чего нарушается связь между слоями, что приводит к значительному снижению жесткости и прочности конструкции. Данное явление распространяется на все типы тканей и волокон. Наиболее часто дефекты в виде расслоений образуются при воздействии ударных нагрузок. Для повышения эксплуатационных характеристик таких материалов в настоящее время начали применять различные наполнители порошки микрои наноразмеров, вводимые в связующие составы. Основная часть. Анализ научной литературы показал, что повысить межслойную прочность в элементах конструкций из СКМ возможно за счет применения нанонаполненных связующих и за счет введения в межслойное пространство слоистых материалов нанодобавок. В статье в реферативной форме проводится обзор изобретений: России, США и др., которые могут быть использованы в строительной индустрии с применением нанодисперсных компонентов. При широком применении представленных материалов (в мостах, пешеходных мостах и мостовых настилах и др.) можно обеспечить значительные эксплуатационные преимущества по сравнению с материалами, традиционно применяемыми в строительной индустрии.
Бесплатно
Применение поливинилхлорида для нанокомпозитов (анализ и оптимизация показателей качества)
Статья научная
Введение. Применение нанокомпозитов в различных отраслях промышленности в последние годы увеличилось благодаря их уникальным свойствам и эксплуатационным характеристикам. Однако оптимизация качественных показателей нанокомпозитов остается сложной задачей из-за сложного взаимодействия между компонентами. В работе представлен обзор методов, используемых для анализа и расчета показателей качества нанокомпозитов с использованием ПВХ в качестве основного материала. Методы и материалы. Для математического расчета технологических параметров, не поддающихся прямому измерению, были проведены анализ литературных источников по рассматриваемому процессу и установление соответствующих зависимостей между эмпирическими данными в соответствии с основными закономерностями термодинамики и процессов массообмена. В ходе исследования применен метод нейронных сетей для того, чтобы описать процесс полимеризации винилхлорида, осуществленного суспензионным методом. Для решения данной проблемы была применена каскадная сеть, имеющая прямое распространение сигнала и обратное распространение ошибки. Состав сети: в скрытом слое - десять сигмоидных нейронов, в выходном слое - два линейных нейрона. Результаты и обсуждения. В ходе проведения исследований было установлено, что при полимеризации тепловой поток изменяется с течением времени в зависимости от уровня концентрации инициатора. В дальнейшем полученные зависимости могут использоваться при регулировании расхода хладагента в охлаждающую рубашку реактора, для обеспечения изотермического выполнения всего процесса. Было установлено, что, изменяя частоту вращения мешалки, можно изменять размер частиц и, следовательно, молекулярно-массовое распределение поливинилхлорида. Разработанная нейронная сеть была протестирована. Полученные результаты имеют минимальную погрешность и близки к реальным значениям, из чего можно сделать вывод, что сеть обучена правильно и зависимость между данными найдена.
Бесплатно
Применение полисульфида кальция для повышения коррозионной стойкости крепи скважин
Статья научная
Цементные растворы, применяемые при креплении скважин, должны обеспечить герметичность крепи и защитить обсадную колонну от агрессивных пластовых флюидов. При этом для цементирования используются растворы на основе цемента и воды, при водоцементном отношении 0,45-0,9, что предопределяет их высокую пористость и низкую коррозионную стойкость. Технологии повышения долговечности бетонов, применяемые в строительной практике, при креплении скважин не приемлемы. Одним из наиболее агрессивных компонентов пластовых флюидов является сероводород, который в зависимости от термодинамических условий может находиться как в растворенном, так и газообразном состоянии. Анализ различных видов коррозии цементного камня показывает, что кинетика многих из них определяется диффузией агрессивных ионов внутрь камня. Для снижения пористости цементного камня предложено применение полисульфида кальция, который может осаждаться в порах камня при твердении цементного раствора, кольматируя поры, уменьшая их размер, замедляя скорости диффузии агрессивных ионов внутрь цементного камня. Кроме того, полисульфид кальция, адсорбируясь в порах на продуктах твердения цемента, будет обеспечивать ингибирование порового пространства. Было опробовано три способа введения полисульфида кальция в цементный раствор: в жидкость затворения (воду), непосредственно в приготовленный цементный раствор и сухой способ, через порошок цемента, подвергаемый впоследствии дезинтеграторной обработке. Результаты экспериментов показали, что полисульфид кальция не оказывает влияния на реологические свойства и прокачиваемость тампонажных растворов, повышая прочность полученного камня и снижая его проницаемость. Стойкость камня в кислой среде оценивалась по его коррозии одномолярной соляной кислоте. Глубина коррозии камня с повышением концентрации ПСС снизилась от 30 до 6 мм за 21 сутки. При испытании цементного камня под действием растворенного сероводорода в течение 45 суток было показано, что увеличение концентрации полисульфида кальция от 0 до 5% снизило глубину коррозии от 5,0 до 0,3 мм, в зависимости от технологии ввода добавки. Микрофотографии образцов цементного камня подтвердили, что полисульфид кальция, распределяясь в поровом пространстве, блокирует их поверхность, ограничивая контакт агрессивных ионов с продуктами твердения.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрены состав и структурные свойства аморфного, некристаллизирующегося, фуллереноподобного (содержание фуллеренов до 0,01 масс.%) углеродсодержащего природного минерала — шунгита из Зажогинского месторождения в Карелии (РФ), обладающего высокой адсорбционной, каталитической и бактерицидной активностью. Приводятся данные о наноструктуре, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии, и физико-химических свойствах этого минерала. Показаны перспективы использования шунгита в строительстве и строительных технологиях.
Бесплатно
Применение статистических методов для решения задач строительного материаловедения
Статья научная
В областях науки, связанных со строительным материаловедением, наиболее перспективным для решения является комплекс вопросов, связанный с изучением влияния условий формирования структуры материала, в том числе и возможностей ее самоорганизации, на его свойства. Химико-физические аспекты этого влияния изучаются на микроуровне, с применением всего комплекса «тонких» исследований. При этом существуют методики, позволяющие оценить возможность возникновения наноэффектов в условиях экспериментов, реализуемых на макроуровне: на производстве или в лаборатории. Одной из подобных методик является методика, изложенная в статье. Основные положения методики сформированы на основе статистических методов проведения эксперимента и исследования технологических процессов. Эта методика позволяет значительно сократить количество проводимых опытов при сохранении адекватности полученных результатов и делает возможной дальнейшую аналитическую оптимизацию результатов и их инженерную интерпретацию. В частности с применением этой методики появляется возможность оценки совместного влияния варьируемых факторов на результат, что делает возможным выявление синергетических и антагонистических эффектов с последующей их проверкой на микроуровне с помощью исследования наноструктуры материалов. В статье в качестве примера рассмотрена технология бетона, ориентированная на утилизацию бетонного лома в качестве заполнителя или наполнителя в строительных материалах различного назначения. Приводятся результаты научных исследований по разработке составов композиционного вяжущего на основе тонкомолотых отходов бетонного лома, минерального вяжущего, синтетических волокон и полимеров, отверждаемых в результате химического взаимодействия с компонентами бетонной смеси. Это вяжущее может быть использовано для изготовления различных стеновых элементов зданий.
Бесплатно
Статья научная
Используя метод Г.А. Зисмана, рассчитаны значения критического поверх- ностного натяжения жидкости (растворы этанола с различным содержанием воды) на границе с дисперсной системой (фракции песчаного грунта, измельченные до микро - и наноразмерного состояния). Показана целесообразность применения сложной постоянной Гамакера А* и критического значения поверхностного натя- жения к в качестве критериев процесса формирования поверхности дисперсного сырья и характеристики ее энергетического состояния.
Бесплатно
Проблемы микро- и наномодифицирования швов при сварке строительных металлоконструкций
Статья научная
Рассмотрены проблемы модифицирования металла шва при сварке плавлением. Дан анализ причин снижения эффективности модификаторов в сварочной ванне. Обосновано применение наномодификаторов в комплек- се с макрочастицами, выполняющими роль микрохолодильников.
Бесплатно
Проблемы размещения промышленных отходов на полигонах в индустриальном городе
Статья научная
В статье показано, что антропогенное преобразование окружающей среды усиливается при размещении отходов производства и потребления на полигонах. Гигиеническое состояние территорий с высокой плотностью населения и развитой промышленностью определяется увеличивающимся количеством бытовых и промышленных отходов, преимущественно депонируемых на многочисленных полигонах. Данная ситуация изучена на примере полигонов для захоронения промышленных отходов предприятий ПАО «Газпром нефтехим Салават» и ОАО «Салаватстекло», расположенных в городе Салават Республики Башкортостан. Проведен анализ промышленных источников загрязнения г. Салават. Отмечено, что градообразующим предприятием является ПАО «Газпром нефтехим Салават», на долю которого приходится до 80% отходов от общего вала образованных отходов в городе за год. Другое предприятие, которое вносит тоже большой вклад в образование отходов - ОАО «Салаватстекло». Для изучения возможной миграции загрязнителей в водоносный горизонт выполнена наблюдательная скважина на территории полигона. По результатам исследований воды наблюдательной скважины полигона выявлены превышения предельно допустимых концентраций по химическому потреблению кислорода (ХПК), фенолу и нефтепродуктам. Изучены формы залегания грунтовых вод. Выявлена миграция химических веществ, содержащихся в теле полигона, в подземные воды, что приводит к загрязнению поверхностных водоемов. Проведены лабораторные исследования воды объектов, находящихся в зоне влияния полигона промышленных отходов в Ромадановском карьере. Выявлено, что превышения предельно допустимых концентраций по бензолу, а также присутствие толуола, свинца, фенола свидетельствуют о загрязнении подземных вод веществами, складируемыми на полигонах Ромадановского карьера, как путём их инфильтрации и последующего переноса подземными водами смежных горизонтов, так и за счёт поверхностного смыва и инфильтрации с талыми и дождевыми водами.
Бесплатно
Проблемы создания наноматериалов и развития нанотехнологий в строительстве
Статья научная
Редакция электронного издания «Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал» предлагает авторам дискуссию о проблемах создания и особенностях наноструктурированных материалов.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Снижение плотности, повышение прочности и других физико-технических характеристик легких бетонов являются актуальными задачами современного строительного материаловедения. Для их решения необходимо рассмотреть новые подходы к разработке составов цементных систем с использованием эффективных пористых заполнителей, вяжущих веществ, химических и минеральных добавок, в том числе наномодификаторов различной природы (углеродные нанотрубки, фуллерены, наночастицы SiO2, Al2O3, Fe2O3 и др.). Сложность проектирования модифицированных цементных бетонов во многом обусловлена их многокомпонентностью и большим количеством параметров, влияющих на ключевые характеристики материала. Качественное решение подобных многокритериальных задач возможно при комплексной реализации рациональных физических и вычислительных экспериментов с использованием математического моделирования и компьютерных технологий. С развитием методов машинного обучения появляются новые возможности в моделировании процессов структурообразования и прогнозировании свойств многокомпонентных строительных материалов. Целью данного исследования являлась разработка алгоритмов машинного обучения, способных эффективно устанавливать количественные зависимости прочности при сжатии модифицированных легких бетонов от их состава, а также выявление на основе полученных многофакторных моделей оптимальных диапазонов варьирования рецептурных параметров для достижения требуемого уровня контролируемой механической характеристики. Методы и материалы. Обработка и анализ результатов экспериментальных исследований проводились с применением современных методов машинного обучения с учителем, используемых в задачах восстановления регрессии, извлечения знаний и прогнозирования. Реализация разработанных алгоритмов осуществлялась на языке программирования Python с применением библиотек NumPy, Pandas, Scikit-learn, Matplotlib, Seaborn. Результаты и обсуждение. Установлено, что среди полученных моделей машинного обучения наиболее точной является модель градиентного бустинга, характеризуемая следующими метриками качества: R2 = 0,9557; MAE = 2,4847; MSE = 12,7704; RMSE = 3,5736; MAPE = 11,1813%. По результатам анализа данной многофакторной модели выявлены оптимальные дозировки пуццоланового и расширяющего модификаторов, составляющие 4,5+6,0 и 6,0+7,5% от массы вяжущего (портландцемент + модификатор) соответственно, обеспечивающие достижение требуемого уровня прочности при сжатии (40+70 МПа) легких бетонов в возрасте 28 суток при сниженной на 3+10% плотности материала (рассматриваемый диапазон 1200+1900 кг/м3). Заключение. Таким образом, итоги выполненных исследований показали перспективность применения методов машинного обучения для проектирования составов и прогнозирования свойств многокомпонентных цементных систем.
Бесплатно
Программе российский строительный Олимп 15 лет!
Краткое сообщение
Юбилейная церемония награждения лауреатов состоится 25 мая 2011 г. в Москве, в конференц-зале Государственной Третьяковской галереи
Бесплатно
Другой
Бесплатно
Другой
Бесплатно
Другой
Бесплатно
Производство наноструктурного модификатора битумов при переработке автомобильных покрышек
Статья научная
Введение. Инновационными наносвязующими для устройства асфальтобетонных покрытий являются полимерно-битумные вяжущие. Введение полимерного модификатора улучшает характеристики битума и асфальтобетона. Применение резины отработанных покрышек для модификации битума считалось экологически чистым решением, но ограничено вследствие плохой совместимости резины с битумом. Для преодоления этого ограничения известны различные методы, основанные на активации поверхности резины, диспергировании резины до наноразмерных частиц и термохимических превращениях резины до индивидуальных органических соединений. Методы и материалы. Предложено использовать метод совместного с кислородсодержащим маслом пиролиза резины под давлением для преобразования в наноструктурный модификатор битумов. Полученный продукт исследован методами термогравиметрии, ЯМР-спектроскопии, хроматомасспек-трометрии, сканирующей электронной микроскопии и растворимости в толуоле. Результаты и обсуждение. Установлено, что резина при совместном пиролизе подвергается девулканизации, крекингу и диспергированию до наноразмерных частиц, в результате чего продукт оказывается совместимым с битумом. Термохимическую переработку автомобильных покрышек можно рассматривать как перспективный метод производства наноструктурного модификатора битумов. Заключение. Использование термохимической обработки под давлением резины отработанных покрышек в присутствии кислородсодержащего масла позволяет получить наноструктурированный продукт, совместимый с битумом для дальнейшего использования полученного модификатора в производстве асфальтобетона
Бесплатно
Прочность и долговечность бетона, модифицированного пропиточными составами на основе серы
Статья научная
Проведены исследования по изучению влияния пропитки полисульфидным раствором на изменение прочности бетона и ее влияния на ударную стойкость бетонной плитки. Результаты данныхисследований свидетельствуют, что пропитка образцов вибропрессованной бетонной тротуарной плитки и бетонных образцов-кубов различных классов прочности водными растворами на основе полисульфида кальция приводит к существенному увеличениюпрочности на сжатие и ударной вязкости. Приведенные данныепоказывают, что прочность изделий можно регулировать, варьируя продолжительность и кратность пропитки, а также применяяметод предварительного вакуумирования образцов. Пропитка раствором полисульфида кальция плотностью 1,23 г/см³ может бытьрекомендована для повышения прочности бетонных изделий, которые подвержены интенсивному увлажнению и механическимвоздействиям.
Бесплатно
Прочность наномодифицированных высокопрочных легких бетонов
Статья научная
В работе представлены результаты исследований, направленных на разработку наномодифицированных высокопрочных легких бетонов конструкционного назначения, обладающих низкой средней плотностью и высоким показателем предела прочности при сжатии. Для изготовления таких бетонов обосновано применение полых стеклянных и алюмосиликатных микросфер. В качестве наномодификатора поверхности микросфер для увеличения прочности сцепления цементного камня с наполнителем предложен комплексный наноразмерный модификатор на основе золь гидроксида железа и золь кремниевой кислоты. Выдвинута гипотеза о том, что предлагаемый модификатор оказывает комплексное влияние на гидратационную активность цемента и способствует увеличению прочности на границе раздела фаз наполнитель/цементно-минеральная матрица. Разработаны составы энергоэффективного наномодифицированного конструкционного высокопрочного легкого бетона со средней плотностью 1300...1500 кг/м 3 и пределом прочности при сжатии 40...65 МПа. Представлены подходы к расчету состава высокопрочного легкого бетона средней плотностью менее 2000 кг/м 3. Отмечено, что предлагаемые бетоны обладают умеренной подвижностью, могут быть подвержены вибрационному воздействию при укладке, имеют равномерную плотную структуру без расслоения. В работе обоснованы экономические и практические предпосылки для внедрения разработанных составов наномодифицированного высокопрочного легкого бетона конструкционного назначения в промышленном производстве.
Бесплатно
