Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Статьи журнала - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Все статьи: 1065
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 деформативность цементного камня и порошково-активированных бетонов. Часть I
Статья научная
Введение. В процессе эксплуатации зданий и сооружений железобетонные конструкции подвержены воздействию различных нагрузок, которые вызывают деформации и разрушения. Прочностные и упруго-пластические свойства, долговечность современных бетонов регулируются с помощью суперпластификаторов, нанодобавок, наполнителей и заполнителей. Показана перспективность использования наногидросиликатных технологий. Статья посвящена изучению физико-механических свойств цементного камня и порошково-активированных бетонов – одной из разновидностей бетонов нового поколения. Материалы и методы. В качестве структурообразующих факторов для цементного камня рассматривались влияние В/Ц-отношения, наличие в составе карбоксилатного суперпластификатора и модифицирующей добавки, а для бетонов – влияние В/Ц-отношения, модифицирующей добавки, суперпластификатора, тонкодисперсного наполнителя, реологического и реакционного наполнителей. Результаты. Приводятся результаты исследования, устанавливающие взаимосвязь почности цементного камня и порошково-активированных бетонов с показателями пористости и прочности при статических и динамических нагрузках. Рациональные составы разработанных композитов характеризуются комплексом улучшенных физико-механических показателей. Установлено, что повышение В/Ц-отношения с 0,267 до 0,35 обусловливает снижение прочности цементного камня на сжатие, растяжение при раскалывании на 22–30%. Добавление суперпластификатора «Melflux 1641F» привело к значительному уменьшению водоцементного отношения – с 1,56 раза по сравнению с составом нормальной густоты и в 2,04 раза – по сравнению с составом с повышенным В/Ц-отношением, а также соответствующему повышению прочностных свойств на сжатие в 1,20 раза и в 1,72 раза – на растяжение при изгибе. Заключение. Установлено, что введение тонкодисперсных наполнителей в состав песчаного бетона привело к росту прочности на сжатие, при изгибе и на растяжение при раскалывании от 1,62 до 2,55 раза, что объясняется более плотной упаковкой кварцевого заполнителя, вызывающего увеличение плотности таких образцов на 9,5%, пластифицирующего эффекта микрокварца, и высокой активностью микрокремнезема. Исследована ударная прочность цементного композита. Установлено, что высокие значения максимальной контактной силы, продолжительности контакта и величины импульса показали пластифицированные высоконаполненные составы нового поколения. У композита, имеющего в своем составе микрокварц, кварцевый наполнитель и мелкий заполнитель, а также суперпластификатор «Melflux 1641F», показатель максимальной контактной силы составляет 4530 Н против аналогичного показателя состава цементного камня из теста нормальной густоты – 2073 Н. При этом примерно в два раза выше показатели продолжительности контакта и величина импульса ударника. К еще более высоким результатам привело введение в высоконаполненные составы микрокремнезема. Максимальная контактная сила, при которой происходило разрушение образцов, составила 4530 Н. Это более чем в два раза больше, чем у цементного камня на основе теста нормальной густоты.
Бесплатно
Прочность и деформативность цементного камня и порошково-активированных бетонов. Часть II
Статья научная
Введение. Железобетонные конструкции в зданиях и сооружениях во время эксплуатации подвержены воздействию различных нагрузок, которые вызывают деформации и разрушения. Материалы и методы. Показано, что прочностные и упругопластические свойства, долговечность современных бетонов в широких пределах регулируются с помощью суперпластификаторов, нанодобавок, наполнителей и мелких заполнителей. Статья посвящена изучению процессов деформации и разрушения цементного камня и порошково-активированных бетонов. Основные характеристики процессов деформации бетонов в работе устанавливаются с помощью диаграмм «напряжение–деформация» с учетом нисходящей ветви деформации. Диаграмма деформирования бетона на нисходящей ветви фиксируется предельной деформативностью, соответствующей достижению бетоном максимального значения прочности и конечной точкой нисходящей ветви, соответствующей остаточной прочности бетона. Результаты. Получены полные диаграммы деформирования бетона с протяженным участком нисходящей ветви путем нагружения образцов с постоянной затухающей скоростью деформирования, при котором на нисходящем участке происходит плавное снижение напряжения в образце. Изучены зависимости влияния рецептурных факторов на основные параметрические точки диаграммы σ–ε. В качестве структурообразующих факторов для цементного камня рассматривалось влияние В/Ц-отношения, модифицирующей добавки и поликарбоксилатного суперпластификатора, а для бетонов – влияние В/Ц-отношения, модифицирующей добавки, поликарбоксилатного суперпластификатора, тонкодисперсного наполнителя, реологического и реакционного наполнителей. Выполнен анализ полученных диаграмм для каждой из структур материалов как с отдельным структурообразующим фактором, так и для порошково-активированного бетона в целом. Выявлено, что повышение В/Ц-отношения с 0,267 до 0,350 вызывает более упругое поведение материала под нагрузкой, значительное (в 4–5 раз) удлинение ниспадающей ветви полной равновесной диаграммы деформирования цементного камня и изменение механизма разрушения материала, уменьшаются в 12,1 раза удельные параметры на статическое разрушение образца и в 9,1 раза – статический джей-интеграл Ji. Показано, что при введении карбоксилатного суперпластификатора «Melflux 1641F» характер деформирования образца под нагрузкой ближе к цементному камню, полученному на цементном тесте нормальной густоты, однако с более короткой (в 10 раз) ниспадающей ветвью, что говорит о более хрупком поведении образца. Использование тонкодисперсного кварца также повлияло на характер деформирования образцов – повысилась их упругость от 1,3 до 1,7 раза, но при этом на 20% снизилась величина предельных деформаций, то есть образцы становятся более упругими и менее деформативными. Заключение. Установлено, что при оптимальных содержаниях компонентов цементного камня и порошково-активированного бетона существенно от 1,3 до 5,8 раза повышаются параметры трещиностойкости и особенно статический джей-интеграл Ji, характеризущий энергию вязкого разрушения материала у вершины трещины, которая возрастает вследствие повышения сцепления цементного камня с активной поверхностью микрокремнезема. Кривые полных равновесных диаграмм аппроксимированы по участкам простейшими линейными и квадратичными функциями или представляются кубическим полиномом.
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
