Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Статьи журнала - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Все статьи: 1080
Руководство по созданию и развитию инновационных центров (технологии и закономерности). Часть II
Другой
Бесплатно
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
Самоочищение фотокаталитических строительных штукатурок при морозной агрессии
Статья научная
Введение. Долговечность самоочищающейся способности фотокаталитических строительных материалов в реальных условиях эксплуатации является критически важной проблемой, поскольку их эффективность со временем снижается из-за деградации поверхности и карбонизации. Целью данного исследования была оценка устойчивости фотокаталитической активности двух типов штукатурок – гипсо-цементно-пуццолановой (на основе красного гипса) и цементной (с фотокатализатором анатазом) – к циклическому замораживанию-оттаиванию, а также изучение влияния водоредуцирующих и пуццолановых добавок на сохранение их самоочищающейся способности. Материалы и методы. Были приготовлены серии образцов штукатурок с различными комбинациями добавок и без них. Фотокаталитическая активность оценивалась с помощью родаминового теста. Для анализа изменений материалов использовались методы определения прочности на сжатие, плотности, водопоглощение, а также растровая электронная микроскопия с энергодисперсионной спектрометрией для измерения содержания титана (маркер фотокатализатора) и кальция (маркер карбонизации) на поверхности. Моделирование разрушающего действия мороза проводилось путем циклического замораживания-оттаивания образцов в водонасыщенном состоянии. Результаты. Установлено, что основной механизм потери самоочищающейся способности связан с вымыванием фотокатализатора вследствие деградации поверхности. Для цементных штукатурок значительную роль играет также экранирование фотокатализатора продуктами карбонизации. Водоредуцирующая добавка повышала начальную эффективность самоочищения на 45% за счет уплотнения структуры, что замедляло деградацию поверхности. Пуццолановая добавка снижала содержание поверхностного кальция на 6–8%, подавляя карбонизацию, и обеспечивала почти двукратный рост начальной эффективности. Совместное применение добавок показало наилучшие результаты по сохранению фотокаталитической активности после замораживания-оттаивания. Обсуждение и выводы. Долговечность самоочищающейся функции напрямую зависит от устойчивости материала-носителя к климатическим воздействиям. Комбинированное модифицирование водоредуцирующей и пуццолановой добавками является наиболее эффективной стратегией для повышения долговечности самоочищающихся штукатурок, так как одновременно противодействует двум ключевым механизмам деградации: физическому вымыванию фотокатализатора и его химическому экранированию карбонатами. Это исследование предлагает практический подход к разработке более устойчивых фотокаталитических строительных материалов.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Применение самоуплотняющегося бетона имеет широкие перспективы применения в строительстве благодаря эксплуатационной надежности и долговечности строительных конструкций с его применением. Однако высокая стоимость самоуплотняющегося бетона и технологическая сложность его изготовления требует разработки новых составов бетонных смесей и совершенствования технологии их укладки. При подборе составов бетонных смесей для СУБ возможно использование химических добавок, применение которых позволяет снизить расход используемого цемента и улучшить свойства бетона. Материалы и методы. Для обеспечения реологических и технологических свойств бетонной смеси были использованы зола уноса, сухой суперпластификатор на поликарбоксилатной основе и ультрадисперсная добавка. Ультрадисперсную добавку получали гидролизом, где в качестве прекурсора использовался бездобавочный портландцемент, концентрация которого в растворе менялась от 1 до 5%. В результате реакции гидролиза цемента образуется многокомпонентный золь, содержащий одновременно кремниевую кислоту, гидроксид алюминия, гидроксид железа и гидроксид кальция. Результаты и обсуждение. Проведены эксперименты по модификации самоуплотняющихся бетонов ультрадисперсной добавкой, полученной с использованием золь-гель технологии. Разработан оптимальный состав модифицированного цемента, содержащего ультрадисперсную добавку со средним размером частиц до 100–150 нм. Использование ультрадисперсной добавки ускорило кинетику твердения цемента, улучшило физико-механические показатели цементного камня в 1,4–1,8 раза по сравнению с бездобавочным цементом за счет аккумулирования воды, увеличения объема цементного геля и снижения капиллярной пористости. На основе оценки технологических и реологических свойств бетонных смесей, содержащих в качестве микронаполнителя золу уноса и модифицирующую добавку, установлены составы, соответствующие классам по прочности В40–В60, содержащие 7,5–44% золы уноса и добавку в количестве 0,1% от массы цемента в пересчете на сухое вещество. Установлено, что при введении в состав бетонной смеси УДД и золы уноса расслоение смеси снижается на 17–19%, вязкость увеличивается от 13% до 20%, а текучесть снижается незначительно – 5–10%. Установлено, что для самоуплотняющегося бетона с комплексным применением золы уноса со средней пуццоланической активностью, химически активной ультрадисперсной добавки и суперпластификатора на поликарбоксилатной основе характерным является интенсивный набор прочности в 1–3 сутки твердения и повышение прочности на 15–17% в проектные сроки твердения. Заключение. В результате проведенных исследований разработан низкотемпературный способ получения модифицирующей добавки с использованием золь-гель технологии, отличающийся простотой синтеза, не требующий сложного технологического оборудования и имеющий возможность введения вместе с водой затворения и равномерного распределения в объеме бетонной смеси. Разработаны составы бетонных смесей для самоуплотняющегося бетона классов по прочности В40–В60 с применением ультрадисперсной добавки, применение которой улучшает технологические свойства и показатели качества смесей и физико-механические свойства бетона.
Бесплатно
Светопропускающие бетоны с использованием золошлаковых и стекольных отходов
Статья научная
Введение. Рассмотрена возможность производства во Вьетнаме «зеленых» светопропускающих бетонных изделий с использованием имеющихся ресурсов золошлаковых, стекольных и керамических отходов, что будет способствовать развитию экономики замкнутого цикла и устойчивой «зеленой» трансформации промышленного производства с целью достижения нулевого уровня выбросов парниковых газов к 2050 году. Цель исследования – разработка составов и технологии изготовления обладающих достаточной прочностью светопропускающих бесцементных бетонных изделий с использованием многотоннажных отходов в виде зол, шлаков, отходов стекла и керамики в сочетании с активирующим раствором. Для этого было необходимо изучить возможность использования имеющихся во Вьетнаме многотоннажных отходов, пригодных для получения светопропускающих бетонов с целью выбора оптимальных сырьевых материалов и оценить потенциальные объемы подходящих для этого вторичных ресурсов. Материалы и методы. Использованы материалы: тонкомолотый доменный шлак, зола-унос мусоросжигательных электростанций, стекольные отходы, керамический порошок «TOTO», получаемый дроблением брака сантехнических изделий, активирующий щелочной раствор, поликарбоксилатный суперпластификатор и вода. Методология исследований состояла в расчете составов бетонных смесей для получения светопропускающих бесцементных бетонов методом абсолютных объемов с последующим испытанием разработанных бетонов для определения средней плотности, прочностных показателей, водопоглощения и естественной влажности образцов в соответствии с действующими вьетнамскими стандартами и в оценке светопропускающей способности полученных изделий. Результаты и обсуждение. Разработаны составы декоративных бесцементных и не содержащих светопроводящих оптических волокон бетонов, полученных с использованием многотоннажных техногенных отходов, обладающих достаточной прочностью (40÷50 МПа на сжатие и 11,5÷13 МПа на растяжение при изгибе), незначительным водопоглощением (6,5÷10% масс.) и хорошей светопропускающей способностью. Заключение. Предложена технология получения в лабораторных условиях декоративных тонких панелей и плиток для стен, обладающих способностью пропускать свет и придающих архитектурную выразительность наружным стенам и внутренним интерьерам.
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
Введение. Ресурсосберегающий способ конструирования дорожных покрытий с использованием битумных микродисперсных эмульсий является востребованной тенденцией создания инновационных наноструктур. Технологичное использование нефтяных битумов в качестве вяжущих дорожных материалов требует уменьшения реологической вязкости, что может достигаться синергетическими разработками. Методы и материалы. B состав битумных микрогетерогенных эмульсий входят битумосодержащее сырье (30-80 масс. %), мягкая вода с жесткостью до 6 мг-экв/л (15-65 масс. %), эмульгаторы (до 3%) и др. компоненты. Для многотоннажного производства водно-битумных микродисперсных эмульсий коллоидная мельница является наиболее технологичным оборудованием.
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
