Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Статьи журнала - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Все статьи: 1029
Применение геосинтетических материалов для повышения несущей способности грунтовых подушек
Статья научная
Введение. Развитие мегаполисов Казахстана привело к тому, что строительство переместилось на территории, сложенные слабыми, макропористыми грунтами. Строительство на таких грунтах требует проведения комплекса мероприятий по их упрочнению и улучшению механических свойств. Методы и материалы. В статье рассматриваются вопросы развития метода поверхностного упрочнения путем замены слабого грунта. Развитие метода связано с применением различных видов геосинтетических материалов. Рассмотрены принципы работы грунтового основания, усиленного различными геосинтетическими материалами. Изучены механические свойства геотекстиля, геосеток и георешеток, используемых для упрочнения грунтов насыпи. Разработана методика испытаний геосинтетических материалов, отличающаяся от традиционной методики по ГОСТ 32491 с постоянной скоростью деформирования. Результаты и обсуждение. Испытания геосинтетических материалов в кинематическом режиме показали, что для всех материалов наблюдается снижение прочности при разрыве. Снижение колеблется в диапазоне от 28 до 42% для геосеток разного типа. Относительное удлинение при разрыве уменьшилось для гексагональной и двухосной георешетки на 8,6% и 30% соответственно. Для одноосной георешетки отмечено увеличение относительного удлинения. По геотекстилю прочность при разрыве уменьшилась на 15,7%, а относительное удлинение увеличилось на 26,5%. Заключение и выводы. Результаты исследований показали эффективность рекомендуемых методов усиления для повышения несущей способности оснований и возможность их применения в различных регионах Казахстана.
Бесплатно
Статья научная
Дезинтеграторная технология имела широкое распространение в строительной индустрии и нефтегазовой промышленности. В процессе бурения скважин используются порошкообразные материалы, качество которых часто определяет результаты строительства скважины как инженерного сооружения. Применение дезинтеграторной технологии при обработке глинопорошков, являющихся одним из основных компонентов, используемых для получения промывочных жидкостей, показало высокую эффективность данной технологии. Одним из основных многотоннажных материалов, используемых при строительстве глубоких скважин на нефть и газ, являются тампонажные портландцементы. Однако специфические условия скважины и технологии проведения работ обуславливают дополнительные требования как к тампонажному цементу, так и к раствору и камню, получаемому из этого вяжущего. Это касается высоких водоцементных отношений, жестких рамок по плотности, водоотдаче, седиментационной устойчивости растворов, высокой прочности и низкой проницаемости камня. Высокая коррозионная активность пластовых флюидов и высокие температуры, часто превышающие 100-150оС, предъявляют повышенные требования по коррозионной и термической стойкости продуктов твердения. Применение модифицирующих добавок и меха- Приведены результаты исследования влияния механохимической активации кремнеземистых добавок на структуру их поверхности и экспериментально доказано происходящее при этом повышение скорости взаимодействия кремнезема с гидроксидом кальция, необходимое для повышения долговечности тампонажного камня. Показано улучшение структуры получаемого цементного камня после дезинтеграторной обработки цемента.
Бесплатно
Статья научная
Дезинтеграторная технология имела широкое распространение в строительной индустрии и нефтегазовой промышленности. В процессе бурения скважин используются порошкообразные материалы, качество которых часто определяет результаты строительства скважины как инженерного сооружения. Применение дезинтеграторной технологии при обработке глино-порошков, являющихся одним из основных компонентов, используемых для получения промывочных жидкостей, показало высокую эффективность данной технологии. Одним из основных многотоннажных материалов, используемых при строительстве глубоких скважин на нефть и газ, являются тампонажные портландцементы. Однако специфические условия скважины и технологии проведения работ обуславливают дополнительные требования как к тампо-нажному цементу, так и к раствору и камню, получаемому из этого вяжущего. Это касается высоких водоцементных отношений, жестких рамок по плотности, водоотдаче, седиментационной устойчивости растворов, высокой прочности и низкой проницаемости камня. Высокая коррозионная активность пластовых флюидов и высокие температуры, часто превышающие 100-150оС, предъявляют повышенные требования по коррозионной и термической стойкости продуктов твердения. Применение модифицирующих добавок и меха- ноактивации цементов и тампонажных смесей позволяет эффективно решать указанные проблемы. Приведены результаты исследования влияния механохимической активации кремнеземистых добавок на структуру их поверхности и экспериментально доказано происходящее при этом повышение скорости взаимодействия кремнезема с гидроксидом кальция, необходимое для повышения долговечности тампонажного камня. Показано улучшение структуры получаемого цементного камня после дезинтеграторной обработки цемента.
Бесплатно
Применение композиционных вяжущих и наномодификаторов для получения фибробетона
Статья научная
В статье представлены результаты исследований по получению фибробетона с использованием минеральных волокон, полученных в плазменном реакторе, композиционных вяжущих и наномодифицирующих добавок. Для дисперсного армирования бетона были использованы базальтовые минеральные волокна, полученные электротермическим способом в плазменнодуговом реакторе. Для снижения негативного воздействия среды портландцемента в исследовании были использованы композиционные вяжущие вещества на основе портландцемента и золы уноса. Зола уноса соответствует требованиям стандартов и является пригодной для использования ее в составе строительных материалов. В исследовании для сравнения был использован нанокремнезем, полученный на ускорителе электронов. Введение нанокремнезема повышает физико-механические свойства цемента за счет ускорения процессов гидратации портландцемента, улучшения микроструктуры и изменения фазового состава цементного камня. Установлено оптимальное содержание золы уноса в составе композиционного вяжущего, позволяющего получить высокие физико-механические показатели. Для снижения нормальной густоты в составе вяжущего в работе использован суперпластификатор поликарбоксилатного типа. Исследованы физико-механические свойства фибробетонов с портландцементом, композиционным вяжущим с золой уноса и портландцементом, модифицированным нанокремнеземом. Использование композиционного вяжущего и введение нанокремнезема приводит к повышению прочности при сжатии и изгибе фибробетона. Проведен анализ микроструктуры цементного камня методом растровой электронной микроскопии. Показано изменение структуры цементного камня при введении золы уноса и нанокремнезема и влияние их на поверхность минерального базальтового волокна. Дифференциальный термический анализ цементных систем показал изменение фазового состава и основности образующихся гидросиликатов кальция при введении в состав вяжущего золы уноса и нанокремнезема.
Бесплатно
Применение наноматериалов в теплоизоляции трубопроводов
Статья научная
Применение нанотехнологий в строительстве позволит повысить его энергетическую эффективность. Использование наноматериалов даст возможность уменьшить затраты. В настоящий момент для строительной отрасли актуален поиск наномодифицированных материалов. В качестве нанодисперсных модификаторов применяют различные углеродосодержащие структуры. Выбрали разновидность углеродного наноматериала, как «Таунит». Этот наноматериал представляет собой пакетированные многослойные нанотрубки с конической формой графеновых слоев. Для выполнения исследований рассмотрены образцы цементов пенобетона. Для улучшения физико-механических свойств цементного образца применили наночастицы вытянутой формы, которые обладают достаточно высокой прочностью. Эти частицы армируют раствор цемента, одновременно являются центрами кристаллизации и увеличивают прочность наноматериала. В процессе проведения экспериментов в пенобетон добавили углеродные нанотрубки «Таунит» в объеме 0,005–0,0005% от массы цемента. При изготовлении наномодифицированного пенобетона важно обеспечить равномерное распределение наночастиц. Исследуемые сколы цементного камня напыляли сплавом Au/Pd в вакуумной установке Quorum 150T ES в со- отношении 80/20. Микроструктуры твердотельных образцов цементного материала исследовали с применением высоко- разрешающего автоэмиссионного электронного микроскопа Merlin компании CARL ZEISS. При введении многослойных углеродных нанотрубок марки «Таунит» в цементный раствор рельефная микроструктура цемента отличалась неоднородной и рыхлой структурой. В процессе испытания на прочность исследуемых образцов были получены следующие результаты: при изгибающих нагрузках цементного раствора после 7 суток процесс затвердевания повысился на 35%, а после 28 суток – на 30%; при сжимающих нагрузках процесс увеличения прочности составил 42% и 22% соответственно, по отношению к первоначальному составу цементно-песчаного раствора без добавления наномодифицированных частиц. Добавление в цементный камень нанодисперсных модификаторов позволило увеличить прочность бетонов и пенобетонов. На основе полученного наномодифицированного пенобетона предлагается устройство теплоизоляции трубопроводов.
Бесплатно
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
Статья научная
Введение. В последние годы в нефтегазовой отрасли и эненргетике стало уделяться внимание нанотехнологиям как эффективному средству улучшения показателей бурения и увеличения производительности скважин, особенно в осложненных условиях, таких как сверхглубокие, геотермальные, наклонные и горизонтальные скважины, зоны высоких давлений/температуры (ВДВТ). В таких условиях возникает множество экономических, технических и эксплуатационных проблем, а также проблем в области охраны труда. Они требуют решения. В частности, операции по цементированию в сложных условиях играют важную роль, поскольку цементная оболочка служит барьером, отвечающим различным условиям эксплуатации скважины, включая давление, температуру и поток жидкостей или газов. Считается, что использование нанотехнологий позволит улучшить свойства цемента и его эксплуатационные характеристики в сложных условиях. Методы и материалы. В исследовании представлен анализ влияния давления и температуры на поведение и сложность операций цементирования в скважинах с высоким давлением. Представлены аналитические показатели основных характеристик наноглины (структурные и механические) и ее влияние на долговечность и прочность цементного раствора при строительстве скважин. Результаты и обсуждения. Результаты исследования позволяют сделать вывод о широком использовании наноглины в качестве добавки для повышения долговечности и свойств материалов на основе цемента в сложных условиях.
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
Статья научная
Введение. На сегодняшний день все более существенную роль в мировом балансе углеводородов играют карбонатные коллекторы. Большая часть открытых в последние годы месторождений относится к трещиноватым карбонатным коллекторам. Перспективы эффективного освоения карбонатов связаны с развитием и внедрением новых высокотехнологичных методов и передовых технологий бурения скважин. В статье освещены проблемы освоения продуктивных отложений в палеозойском фундаменте месторождений Томской области, представленных трещиноватыми карбонатными коллекторами. Рассмотрены горно-геологические условия залегания карбонатных коллекторов в палеозойском фундаменте и проблемы, возникающие при использовании традиционных технологий бурения. Представлены результаты аналитического обзора по применению передовых технологий бурения скважин с горизонтальным окончанием. Освещены некоторые аспекты применения нанобуровых растворов для условий низкопроницаемых карбонатных коллекторов. Материал статьи подготовлен на основе авторских исследований и анализа опубликованных открытых источников литературы. Методы и материалы. Работа выполнена на основе обобщения, систематизации и анализа фактического материала, научных публикаций, результатов аналитических исследований.
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
