Статьи журнала - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Все статьи: 903
Самозалечивающиеся цементы – ключ к сохранению герметичности крепи скважин. Часть 1
Статья научная
Для ограничения водопритока в скважинах необходимо герметизировать каналы в цементном кольце толщиной 20–25 мм, на глубине сотен и тысяч метров. При этом наиболее перспективным решением является применение самозалечивающихся цементов. Работы по получению самовосстанавливающихся материалов начались с 1980-х годов, с работ Дональда Джуда. Широкую известность получили работы Сибрандван дер Цваага, Шеба Д. Бергмана и Фреда Вудла, Ричарда П. Вула, Д.И. Ву, Н.Р. Соттоса, Эрина Б. Мерфи, Хенка Джонкерса, которые обосновали концепции, предложили технологии и добавки для восстановления герметичности полимерных и цементных материалов. Несмотря на активное развитие этого направления исследований, только компания Шлюмберже остается единственной, разработавшей и успешно применяющей для цементирования скважин «самозалечивающийся» цемент «Futur». Авторами статьи ставилась задача модифицирования тампонажных цементов, способных к автономному «залечиванию» водопроводящих каналов притока пластовой воды. В исследованиях использованы полиакриламид (ПАА), водонабухающий полимер (ВНП В-615), полиакрилат натрия (ПАН), сшитые сополимеры ПАА, активные гидроизолирующие минеральные добавки и набухающие эластомеры. Большинство добавок имеет степень набухания более 150%, они эффективно снижают проницаемость цементного камня, но для регулирования скорости их набухания необходимы многослойные оболочки, создание которых является существенным недостатком большинства материалов. Наиболее эффективным реагентом явился сшитый сополимер АА на основе анионного поликриламида, легко покрывающийся водорастворимой оболочкой. Цементный камень с добавкой сополимера АА имел проницаемость 0,0018 мкм2 при прочности на изгиб в возрасте 2-х суток 8,0 МПа.
Бесплатно
Самозалечивающиеся цементы – ключ к сохранению герметичности крепи скважин. Часть 2
Статья научная
Для ограничения водопритока в скважинах необходимо герметизировать каналы в цементном кольце толщиной 20–25 мм, на глубине сотен и тысяч метров. При этом наиболее перспективным решением является применение самозалечивающихся цементов. Работы по получению самовосстанавливающихся материалов начались с 1980-х годов, с работ Дональда Джуда. Широкую известность получили работы Сибрандван дер Цваага, Шеба Д. Бергмана и Фреда Вудла, Ричарда П. Вула, Д.И. Ву, Н.Р. Соттоса, Эрина Б. Мерфи, Хенка Джонкерса, которые обосновали концепции, предложили технологии и добавки для восстановления герметичности полимерных и цементных материалов. Несмотря на активное развитие этого направления исследований, только компания Шлюмберже остается единственной, разработавшей и успешно применяющей для цементирования скважин «самозалечивающийся» цемент «Futur». Авторами статьи ставилась задача модифицирования тампонажных цементов, способных к автономному «залечиванию» водопроводящих каналов притока пластовой воды. В исследованиях использованы полиакриламид (ПАА), водонабухающий полимер (ВНП В-615), полиакрилат натрия (ПАН), сшитые сополимеры ПАА, активные гидроизолирующие минеральные добавки и набухающие эластомеры. Большинство добавок имеет степень набухания более 150%, они эффективно снижают проницаемость цементного камня, но для регулирования скорости их набухания необходимы многослойные оболочки, создание которых является существенным недостатком большинства материалов. Наиболее эффективным реагентом явился сшитый сополимер АА на основе анионного поликриламида, легко покрывающийся водорастворимой оболочкой. Цементный камень с добавкой сополимера АА имел проницаемость 0,0018 мкм2 при прочности на изгиб в возрасте 2-х суток 8,0 МПа.
Бесплатно
Свойства нанобетона, подверженного ускоренной коррозии
Статья научная
Введение. Многие исследования были посвящены улучшению технологических качеств бетона, подверженного суровым условиям, а также повышению его коррозионной устойчивости. Применение наноматериалов является одним из недавно применяемых методов для улучшения характеристик бетона. В данной работе было проведено сравнение свойств нанокремнозёма и наноглины в процессе улучшения прочности бетона. Методы и материалы. Экспериментальная программа проводилась посредством изучения водопоглощения, водопроницаемости, тестирования активной проницаемости хлорида, коррозионной устойчивости, прочности связей стальной арматуры до и после подвергания коррозии и в завершении – изучением микроструктуры. Нанокремнозем и наноглина были добавлены в количестве 1%, 3%, и 5% массовых долей в качестве частичной замены по весу цемента. Результаты. Использование нанокремнезёма и наноглины оказало значительный эффект на сокращение проницаемости и пористости бетона, а также улучшило коррозионную стойкость бетона. По сравнению с нанокремнезёмом наноглина значительно сильнее повлияла на свойства бетона: так, стойкость к водопоглощению смесей на основе наноглины возросла на 87%, в то время как этот же показатель для смесей на основе нанокремнозёма составил всего 51%. Для смесей на основе наноглины проникновение ионов хлорида сократилось на 72%, а для нанокремноземных смесей – 28%. Обсуждение. Эффект, производимый наноглиной на прочностные свойства бетона, превосходит тот, что порождается нанокремнезёмом; плоская форма частиц наноглины способствовала улучшению микроструктуры цементной матрицы за счет демпфирующего эффекта, а также благодаря заполняющему эффекту в микроструктуре матрицы, что сокращает проникновение ионов хлорида и улучшает водопоглощение и водопроницаемость бетона. Заключение (выводы). Оптимальное процентное соотношение нанокремнозема составляет 1% массовой доли цемента в качестве частичного заменителя цемента по весу. Однако для наноглины этот показатель равен 5%, т.к. это приводит к наилучшему результату в повышении прочностных свойствах бетона
Бесплатно
Свойства пористых термостойких композиционных материалов. Часть 1
Статья научная
Данная статья является продолжением серии статей, посвященных получению пористых композиционных наноматериалов. В этой работе представлен обзор свойств пористых термостойких неорганических композиционных материалов. Представлены физико-химические и механические характеристики различных пористых огнеупорных материалов, выпускаемых промышленно. Рассмотрен отдельный класс материалов с регулярной и квазирегулярной пористой структурой. К таким материалам относятся так называемые ячеистые, клеточные или «решеточные» материалы, которые находят растущее применение в современной промышленности. Примером таких материалов является пенокерамика – спеченный керамический материал с пенной ячеистой структурой. Отдельно рассмотрена специальная группа материалов, обладающих опаловой поровой структурой. Синтетические опалы получили интенсивное развитие в последние годы в связи с тем, что они являются модельными объектами для разработки и исследования новых пространственно-периодических структур, обладающих нелинейными оптическими свойствами. К таким структурам относятся композиты на основе классических и инвертированных опалов, в которых поры заполнены различными диэлектрическими, полупроводниковыми или металлическими веществами. Оптические свойства этих систем определяются размером плотноупакованных частиц, а также диэлектрическими проницаемостями компонентов.
Бесплатно
Свойства пористых термостойких композиционных материалов. Часть 2
Статья научная
Данная статья является продолжением серии статей, посвященных получению пористых композиционных наноматериалов. В этой работе представлен обзор свойств пористых термостойких неорганических композиционных материалов. Представлены физико-химические и механические характеристики различных пористых огнеупорных материалов, выпускаемых промышленно. Рассмотрен отдельный класс материалов с регулярной и квазирегулярной пористой структурой. К таким материалам относятся так называемые ячеистые, клеточные или «решеточные» материалы, которые находят растущее применение в современной промышленности. Примером таких материалов является пенокерамика - спеченный керамический материал с пенной ячеистой структурой. Отдельно рассмотрена специальная группа материалов, обладающих опаловой поровой структурой. Синтетические опалы получили интенсивное развитие в последние годы в связи с тем, что они являются модельными объектами для разработки и исследования новых пространственно-периодических структур, обладающих нелинейными оптическими свойствами. К таким структурам относятся композиты на основе классических и инвертированных опалов, в которых поры заполнены различными диэлектрическими, полупроводниковыми или металлическими веществами. Оптические свойства этих систем определяются размером плотноупакованных частиц, а также диэлектрическими проницаемостями компонентов.
Бесплатно
Свойства связующего для золь-силикатной краски
Статья научная
Введение. Связующее для золь-силикатных красок изготавливают на основе полисиликатного раствора, полученного на базе жидкого стекла и золя кремниевой кислоты. Технологический процесс создания полисиликатного связующего сложен, и не всегда удаётся достичь необходимых характеристик. В связи с этим, актуальным является разработка полисиликатного связующего и создание на его основе золь-силикатной краски. Материалы и методы. В работе применяли золь кремниевой кислоты Nanosil 20 и Nanosil 30, выпускаемые ПК «Промстеклоцентр». Применяли натриевое жидкое стекло с модулем М = 2,78, калиевое жидкое стекло с модулем М = 3,29 (ГОСТ 13078). Условную вязкость лакокрасочных составов определяли при помощи вискозиметра ВЗ-4 по ГОСТ 8420-74. «Материалы лакокрасочные. Методы определения условной вязкости». Предел прочности при растяжении (когезионную прочность) определяли по ГОСТ* 18299-72 «Материалы лакокрасочные. Метод определения предела прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве и модуля упругости» на разрывной машине ИР 5057-50. Силикатный модуль жидкого стекла определяли по методике, изложенной в ГОСТ 13078-81. Для изучения состава жидких стекол и полисиликатных растворов использовали молибдатный метод. Результаты и обсуждение. Выявлено, что жидкое стекло и полисиликатный раствор являются типичными псевдопластическими телами. Добавление золя (повышение силикатного модуля) способствует увеличению доли высокополимерных фракций кремнекислородных анионов (ККА), причём с увеличением содержания золя доля полимерной формы кремнезема возрастает. Установлено, что между содержанием кремнезема в полимерной форме и прочностью при растяжении плёнок существует корреляционная зависимость, заключающаяся в том, что при увеличении содержания кремнезёма в полимерной форме наблюдается увеличение прочности при растяжении плёнок. Выводы. Установлено, что при увеличении количества вводимого золя кремниевой кислоты наблюдается снижение рН растворов при неизменной концентрации щелочи. Введение золя кремниевой кислоты приводит к изменению вязкости растворов. Введение золя кремниевой кислоты в жидкое стекло способствует увеличению доли высокополимерных фракций кремнекислородных анионов. Плёнки на основе полисиликатных растворов характеризуются более быстрым отверждением и обладают более высокой прочностью при растяжении по сравнению с плёнками на основе жидких стекол.
Бесплатно
Связующие вещества для получения композиционных наномодифицированных материалов
Статья научная
Дан анализ патентной информации по нанотехнологиям. Изобрете- ния промышленно применяемы и могут быть использованы в гражданском и промышленном строительстве, а также при возведении сооружений специ- ального назначения.
Бесплатно
Сергей Викторович Федосов избран академиком РААСН!
Персоналии
В городе Иваново 19-21 мая 2010 г. состоялась очередная сессия Общего собрания РААСН. В ней приняли участие более 100 членов РААСН и более 150 почетных членов, в т.ч. иностранных, советников РААСН и гостей. Действительным членом (академиком) РААСН по отделению строительных наук был избран Сергей Викторович ФЕДОСОВ, ректор ИГАСУ, руководитель Ивановского отделения РИА, заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор, член редакционного совета электронного издания «Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал».
Бесплатно
Статья научная
Введение. Целью работы является исследование сжимаемости композиционных материалов, полученных при варьировании степени пропитки нетканого иглопробивного полотна водной дисперсией полиуретана. Материалы и методы исследования. В качестве объектов исследования использовали нетканое иглопробивное полотно, изготовленное из полиэтилентерефталатных волокон (ТУ 6-13-0204077-95-91) с линейной плотностью 0,33 текс (диаметром 20-25 мкм). Для пропитки использовали водную дисперсию анионного стабилизированного алифатического полиэфируретана марки IMPRANIL DL 1380 (КНР) с сухим остатком 40%. Сжимаемость полотен и композиционных материалов устанавливали при использовании индикатора ИЧ по ГОСТ 577-68 с точностью измерения толщины ±0,001 мм. Результаты и их обсуждение. Предложен подход, связанный с установлением зависимости между степенью сжимаемости композиционных материалов и нагрузкой с получением уравнения для прогнозирования степени сжимаемости композиционных материалов от степени пропитки и нагрузки. Установлены оптимальные условия нагружения композиционного материала с минимальной степенью сжимаемости. Заключение. Оптимальная степень пропитки нетканого иглопробивного полотна из полиэтилентерефталатных волокон диаметром 20-25 мкм дисперсией полиуретана составляет 0,5.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены данные по синтезу нанодисперсного наполнителя для неполярных полимерных матриц. В качестве исходного компонента для синтеза нанодисперсного наполнителя в работе использовали водный раствор метилсиликоната натрия, эмпирическая формула CH3-Si(OH)2ONa. Процесс получения наполнителя состоял из нескольких стадий, основными из которых являются: синтезирование геля, получаемого в результате гелеобразования из золей коллоидного раствора - образование геля - превращение свободнодисперсной системы (золя) в связнодисперсную; осаждение геля методом центрифугирования и промывка от ионов Na+; высушивание геля при температуре 100оС с целью получения порошкообразного наполнителя; диспергирование в мельнице до размера частиц 0,1-1 мкм. Для разрушения глобул и уменьшения размера частиц до наноуровня полученное вещество подвергали диспергированию в планетарной мельнице и дальнейшему ультразвуковому воздействию (22 Гц). При исследовании полученного наполнителя использованы рентгенографический, дифференциально-термический и микроскопический методы ис следования. Для количественного определения коллоидного компонента (наночастиц) в исследуемой суспензии использовали метод центрифугирования на больших оборотах. Определено, что содержание наноразмерных частиц (до 200 нм) в полученном веществе - около 10%. Краевой угол смачивания полученного материала составляет 110-120°, что свидетельствует о высоких гидрофобных свойствах синтезированного порошка. Полученный материал обладает высокой дисперсностью, гидрофоб-ностью и устойчивостью кремнийорганического каркаса в температурном интервале до 531оС (отсутствие значимых химических превращений, за исключением реакции дегидрирования и деалкилирования). Термодеструкция синтезированного наполнителя заметно проявляется при температуре более 531оС.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В настоящее время за рубежом наблюдается «бум» так называемой возобновляемой энергетики - возникают «поля» земляных, прибрежных и даже морских ветроэнергетических установок, а крыши домов, гостиниц, школ и больниц «одеваются» солнечными панелями для получения электроэнергии и воды. При этом несмотря на то, что указанные установки являются нестабильными, низко концентрированными и периодическими источниками, многие специалисты и политики начинают ошибочно рассматривать их в качестве базовых. В связи с чем, возникает научно-техническая задача по определению «места природоподобных технологий» в структуре систем жизнеобеспечения населения. Методы, модели и средства. На основе анализа инженерных систем многоквартирных жилых зданий и индивидуальных жилых домов, в результате функционирования которых осуществляется не только доставка ресурсов жизнеобеспечения (электроэнергии, газа, холодной и горячей воды и т.д.), но и возникает пожарно-энергетический и экологический вред, предлагаются нанотехнологии и российские патенты, их реализующие, которые позволяют решить проблемы автономного электро-, водо-, теплоснабжения индивидуальных жилых домов. Результаты и обсуждение. Моделирование показало, что использование комбинации «Шуховской» и вихревой ветроустановок с отечественными гидропанелями и солнечными батареями позволяют создать дублированные и троированные инженерные системы индивидуальных жилых домов, которые по параметрам качества, надежности и безопасности на несколько порядков превышают существующие централизованные системы ресурсоснабжения жилого сектора городов и сельских населенных пунктов. Заключение. Предлагаемый подход позволяет определить место так называемой возобновляемой энергетики в структуре системы ресурсоснабжения городов и сельских населенных пунктов, и остается оценить его эффективность, что предполагается выполнить с помощью модели Леонтьева-Форда и метода ретропрогноза.
Бесплатно
Система очистки сточных вод с использованием наномодифицированных природных сорбентов
Статья научная
Одной из глобальных проблем современности является защита водных ресурсов от загрязнения. Сточные воды практически всех хозяйствующих субъектов содержат нефтепродукты, соединения тяжелых металлов и другие виды загрязнений. Сегодня существует достаточно много эффективных систем очистки сточных вод с высокой степенью очистки до 99,9%, но эксплуатация таких систем обусловлена значительными затратами, поэтому многие хозяйствующие субъекты пренебрегают экологическими нормами, несмотря на большие штрафные санкции. Основной проблемой современных технологических систем применения является разработка экологически безопасных технологий с максимально замкнутым циклом и минимальным количеством отходов. Сложившаяся в настоящее время ситуация в этой области исследований вызвала необходимость совершенствования сорбционных технологий и селективных процессов очистки загрязненных растворов и технологических жидкостей для комплексного решения ресурс о сберегающих и экологических проблем. В результате направленных исследований широкого спектра сорбционных материалов применительно к очистке сточных вод получили дальнейшее развитие процессы адсорбции нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов на природных сорбентах и их аналогах. Таким образом, создание экономически эффективных систем очистки сточных вод при сохранении высокой степени очистки является одной из самых актуальных проблем современности во всех странах. В работе предлагается многоступенчатая система очистки с использованием наноактивированных природных сорбентов, применяемая в замкнутом водооборотном цикле. Показано преимущество использования такой системы очистки по сравнению с существующими на примере хозяйствующих субъектов в машиностроительной отрасли России, США и Израиля.
Бесплатно
Системное решение технологических проблем заканчивания строительства скважин
Статья научная
В работе освещены факторы, нарушающие технологию крепления при строительстве скважин, обобщены показатели и проблемы качества цементирования обсадных колонн. На основе рассмотрения термодинамических процессов цементирования обсадных колонн показано, что проблемы низкого качества крепления связаны с необратимыми процессами деструкции исходных свойств тампонажного раствора-камня, характерными для традиционных технологий бессистемного характера. Альтернативой традиционным технологиям предлагается технология, основанная на системных принципах, включающая комплекс мультитехнологий гидромеханического упрочнения ствола скважин. Комплекс исключает возникновение различных осложнений (поглощения интенсивностью до 40 м3/ч, газонефтеводопроявления, фонтаны, выбросы, неустойчивость и гидроразрыв горных пород) при строительстве нефтяных и газовых скважин в различных по сложности геолого-технических условиях. В статье отмечены преимущества комплекса мультитехнологий перед традиционными методами заканчивания скважин. В процессе эксплуатации скважин комплекс мультитехнологий предупреждает появление заколонных флюидопроявлений и межпластовых перетоков. Скважины, вводимые из бурения, характеризуются более высокими дебитами и пониженной более, чем в два раза, обводненностью добываемой продукции, что обеспечивает нелинейное повышение коэффициента извлечения нефти.
Бесплатно
Системный анализ и нанотехнологии безопасности в инженерных системах жилых высотных зданий
Статья научная
На основе анализа существующих решений научных, технических и социально-экономических проблем в области энерготепловодоснабжения жилых зданий, обеспечивающих безопасность жизнедеятельности в них, моделируется применение нанотехнологий, которые могут удовлетворить уровню безопасности, рекомендуемому ГОСТ 12.1.004. Результатом данной работы, помимо применения инновационных материалов и конструкторских решений, является модель локальных автоматизированных микросистем диагностики и управления инженерными системами с помощью нанотехнологий безопасности, предотвращающих аварии и пожары в жилых высотных зданиях, которые можно использовать и в индивидуальных, и в любых многоквартирных домах. Предложен принципиально новый способ «самоорганизации» инженерных систем, в частности интеграции приборов учета энерго-, тепло, водо- и газоснабжения со средствами управления процессами «безопасного» потребления указанных ресурсов.
Бесплатно
Слоевая структура межфазных областей в полимерных композитах и нанокомпозитах
Статья научная
В рамках фрактального анализа исследована слоевая структура межфазных областей в полимерных микро- и нанокомпозитах. Показано, что в случае полимерных микрокомпозитов межфазные области могут формировать многослойную структуру, которая для нанокомпозитов реализуется только в случае агрегации нанонаполнителя. Число указанных слоев определяется двумя факторами: структурой поверхности частиц (агрегатов частиц) наполнителя и масштабным эффектом.
Бесплатно
Снижение прихватоопасности при бурении скважин путем реагентной обработки промывочных жидкостей
Статья научная
Промывочные растворы для бурения глубоких и сверхглубоких скважин представляют собой сложные многокомпонентные системы, содержащие в себе растворенные соли, полимеры, поверхностно-активные вещества, а также крупнодисперсные твердые частицы. Комплексный состав промывочных систем обусловлен широким рядом выполняемых функций: созданием противодавления на пласт, удержанием частиц выбуренной породы во взвешенном состоянии, очисткой забоя и транспортировкой шлама на поверхность, сохранением коллекторских свойств целевого пласта и др. Одними из важнейших свойств буровых растворов являются триботехнические свойства. Их регулирование производится за счет ввода смазочных добавок, компоненты которых обладают высокой, иногда уникальной, поверхностной активностью, обеспечивают образование на поверхности труб защитных высокопластичных нанопленок, способствуют химическому модифицированию поверхностных и преповерхностных слоев металла. Выбор таких компонентов осложнен, во-первых, ценовыми рамками (при строительстве скважин требуются большие объемы раствора), а во-вторых, строгими экологическими рамками. Поэтому при разработке смазочной добавки необходимо обоснование выбора рационального содержания каждого из ее компонентов. В связи с этим возникает необходимость использования методов математического моделирования, т.е. построения уравнения регрессии по данным нескольких опытов планированного эксперимента. В статье приведен возможный способ использования двухстадийного метода выбора рационального соотношения компонентов в смазочной добавке. Триботехнические свойства буровых промывочных растворов рассматривают, как правило, с трех разных точек зрения или же с разных позиций - пар трения: «металл - горная порода», «металл - металл» и «металл - фильтрационная корка». Данная статья посвящена исследованию промывочных жидкостей применительно к паре «металл - фильтрационная корка».
Бесплатно
