Результаты исследований ученых и специалистов. Рубрика в журнале - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Нанодисперсные металлоорганосилоксановые наполнители полимеров
Статья научная
Актуальным является синтез высокодисперсных гидрофобных металло-олигомеров, совместимых с полимерами с целью получения высокоэффективных однородных радиационно-защитных полимерных композитов с заданными свойствами. Наиболее перспективным является использование химически активных органосилоксанов и на их основе получение металлоолигомеров. Разработан способ синтеза нанодисперсных олигомерных полиалкилси-ликанатов свинца путем химического соосаждения водных растворов ионов свинца по золь-гель процессу, протекающему с участием алкилсиликанатов натрия. Реакция взаимодействия этилсиликанат натрия с ионами свинца в водном растворе протекает по механизму замещения ионов натрия в сило-нолятной группе Si-ONa алкилсиликаната натрия на ион свинца. В конечном итоге происходит образование циклических структур и сшивка олигомерных молекул с увеличением числа силоксановых связей. Рассмотрена микроструктура гидрофобного полиэтилсиликоната свинца, имеющая аморфно-кристаллический характер с плотной упаковкой металлоолигомерных молекулярных цепочек. Происходит реакция поликонденсации между гидроксильными ОН-группами металлоолигомера и гидроксида свинца, т.е. гидроксид свинца выполняет роль адсорбента, на котором хемосорбируется металлоолигомер, придающий гидрофобные свойства продукту. В результате достигается возможность осуществить направленную модификацию наполнителя в процессе совместного синтеза металлоолигоме-ра и свинцового наполнителя, т.е. получить гидрофобный наполненный ме-таллоолигомер в гомогенной среде. Высокая дефектность полиэтилсиликоната свинца вызвана стерически-ми эффектами из-за больших размеров углеводородных этильных (С2Н5) радикалов. Молекулярная масса элементарного звена олигомера составляет около 600. Олигомер имеет цепочечную структуру, в силоксановой цепи которой возможно содержание силонольных групп (sSi-OH). Элементарный состав и молекулярная масса синтезированного металлолигомера приведены в таблице. Насыпная плотность полиэтилилсиликаната свинца составляет 2250 кг/м3, а максимальная плотность при уплотнении достигает 5950 кг/м3.
Бесплатно
Наномодификация водных стирол-акриловых лакокрасочных составов кремнийорганическими добавками
Статья научная
Введение. Современные тенденции в строительной и лакокрасочной промышленности направлены на создание экологически безопасных материалов с улучшенными защитными и декоративными свойствами. Водные стирол-акриловые дисперсии широко применяются для окраски фасадов и деревянных конструкций, однако к их эксплуатационным характеристикам, особенно гидрофобности, влагостойкости и адгезионной прочности, часто предъявляют повышенные требования. Перспективным методом наномодификации является введение кремнийорганических соединений, способных целенаправленно изменять свойства поверхности и межфазные взаимодействия в полимерной матрице. Методы и материалы. Исследование проводилось на стирол-акриловой дисперсии с использованием трех типов добавок: смачивателя на основе полиэфирмодифицированного полисилоксана, гидрофобизатора в виде полисилоксановой эмульсии и восковой силиконовой эмульсии. Оценка свойств покрытий проводилась по стандартным методикам ГОСТ. Результаты и обсуждение. Установлено, что введение гидрофобизатора обеспечивает снижение поверхностной энергии покрытия с 45,9 до 9,6 мН/м и переход поверхности из гидрофильного состояния с краевым углом смачивания, равным 54°, в гидрофобное с углом до 106°. Восковая эмульсия также повышает гидрофобность, увеличивая угол смачивания до 92°. Наномодифицированные составы стирол-акриловых дисперсий демонстрируют существенное увеличение блеска до 56 GU и повышенную стойкость к водной среде при сохранении высокой адгезии. Выявлен пластифицирующий эффект добавок, приводящий к снижению твердости покрытия. Заключение и выводы. Разработанные составы водных стирол-акриловых дисперсий с кремнийорганическими добавками улучшают технологические свойства, позволяют получать покрытия с повышенной гидрофобностью, водостойкостью и улучшенным декоративным эффектом. Показана возможность целенаправленного регулирования соотношения «гидрофобность – механическая прочность», что открывает перспективы для применения таких составов в условиях повышенной влажности и других атмосферных воздействий.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В настоящее время перспективным направлением строительного материаловедения является разработка фотокаталитически активных цементных материалов, обладающих способностью к самоочищению. Получение самоочищающихся бетонов достигается за счет использования фотокаталитических добавок, среди которых наибольшее распространение получил диоксид титана. Известно, что функциональные свойства TiO2 в значительной степени зависят от его фазового состава. Цель данного исследования – установить закономерности влияния фазового состава на фотокаталитическую активность диоксида титана в условиях воздействия искусственного ультрафиолетового и естественного солнечного излучений с выявлением наиболее эффективных титаноксидных фотокатализаторов для последующего применения в рецептуре самоочищающихся бетонов. Методы и материалы. Объектами исследования являлись четыре образца диоксида титана: два промышленных и два синтезированных путем гидролиза алкоксида титана в подкисленной водно-спиртовой среде с последующим прокаливанием при температуре 500 °С. Исследование параметров структуры образцов TiO2 выполнялось методом рентгеновской порошковой дифрактометрии. Фотокаталитическая активность образцов диоксида титана была изучена в модельной реакции окислительной деструкции метиленового синего при воздействии УФи дневного света. Результаты и обсуждение. Установлено, что полиморфные модификации диоксида титана оказывают разнонаправленное влияние на его функциональные характеристики: увеличение содержания анатаза и рутила приводит соответственно к повышению и снижению фотоактивности образцов TiO2. При УФ-облучении наибольшую эффективность показал однофазный образец с анатазной структурой, а в условиях воздействия дневного света – трехфазный образец с соотношением анатаз : брукит : рутил = 67% : 13% : 20%. Наличие в составе фотокатализатора нескольких полиморфов TiO2 с преобладанием анатазной формы (более 50%) позволяет достичь синергетического эффекта повышения фотокаталитической активности диоксида титана в условиях воздействия солнечного излучения благодаря формированию полупроводниковых гетероструктур (гетеропереходов) II типа, способствующих улучшению сепарации и снижению скорости рекомбинации фотогенерированных электронно-дырочных пар. Заключение. Полученные результаты свидетельствуют о возможности улучшения функциональных характеристик титаноксидных добавок для самоочищающихся бетонов за счет направленного регулирования их фазового состава, что может быть достигнуто посредством оптимизации параметров синтеза фотокаталитических модификаторов.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В статье рассматривается вопрос модифицирования исходного хризотилового волокна и их пучков под действием продуктов гидратации портландцемента и различной величины кислотности обрабатываемой среды. Приведено краткое обоснование актуальности темы исследования. Отмечено, что в последние годы большой научный и практический интерес вызывают вопросы производства композиционных материалов на основе природного и техногенного сырья, являющиеся перспективным направлением современной экономики. Доступность и низкая стоимость сырья, малые энергетические, транспортные и накладные расходы, снижающие себестоимость композитов, и, вместе с тем, высокие договорные цены и спрос на внутреннем и внешнем рынках создают предпосылки для увеличения объемов их производства. Целью работы является изучение поведения исходных волокон хризотила и их агрегатов в составе цементной составляющей под воздействием разной кислотности обрабатываемой среды. Задачи: Электронно-микроскопическое изучение поведения составляющих хризотилцементной пыли, подвергшейся воздействию агрессивной среды. Подсчет количества числа и размерных характеристик нановолокон и частиц пыли под воздействием различного времени выдержки агрессивного фактора. Микродифракционные исследования наноструктуры исследуемых образцов после воздействия кислых сред.
Бесплатно
Нанотрубчатыехризотиловые наполнители для радиационно-защитных конструкционных композитов
Статья научная
Усиление проявления квантово-размерного эффекта в наночастицах окажет значительное влияние на поглощение фотонной радиации. Следовательно, применение ультрадисперсных систем будет способствовать качественному усилению радиационно-защитных свойств материала и позволит создать более компактный материал с высокими показателями защитных характеристик. Уникальное сочетание свойств хризотила позволяет создавать материалы на его основе, обладающие высокими показателями механической, термической прочности, радиационной стойкости, а наличие в его структуре связанной воды способствует проявлению у таких материалов радиационно-защитных свойств по нейтронному излучению. В связи с этим авторами предложено провести заполнение нанотрубок хризотила нанодисперсными соединениями, позволяющими повысить его радиационно-защитные характеристики. Как следствие, данные соединения должны обладать как можно более высоким коэффициентом ослабления у-излучения и, соответственно, иметь высокие плотность и содержание тяжелых элементов. В качестве соединения для интеркаляции предложено использование нанокристаллического вольфрамата свинца PbWO4. Разработан способ получения нанотрубчатого наполнителя радиационно-защитных композиционных материалов путем заполнения гидросиликатных нанотрубок со структурой хризотила тугоплавким малорастворимым соединением на основе PbWO4 при последовательной обработке материала растворами реагентов. Наилучший результат был достигнут при обработке хризотила последовательно в растворах K2WO4 и Pb(СН3СОО)2, при этом массовое содержание PbWO4 в конечном продукте достигает 30%. Вводимый K2WO4 заполнял нанотрубки не только по внутреннему каналу, но и по меж-слоевому пространству, а локализация PbWO4 происходит как во внутренних каналах нанотрубок, так и на их поверхности. Несмотря на то, что разработанная технология не позволяет модифицировать хризотил таким образом, чтобы весь введенный PbWO4 содержался исключительно во внутренних каналах нанотрубок, полученный продукт приобретает повышенные радиационно-защитные характеристики, сохраняя остальные эксплуатационные свойства хризотила.
Бесплатно
Статья научная
Реологические свойства высококонцентрированных дисперсий, размер агрегатов частиц дисперсной фазы и другие коллоидно-химические характеристики суспензий, применяемых в строительной индустрии, определяются особенностями структуры граничного слоя. определены параметры адсорбции резольных олигомеров, синтезированных на основе трифункциональных оксифенолов, на следующих адсорбентах: CaCo3, Zno. предложена наиболее возможная схема адсорбции молекул флороглюцинфурфурольного наномодификатора на поверхности частиц мела. Установлено, что молекулы оксифенольных олигомеров адсорбируются на поверхности частиц дисперсных материалов, образуя мономолекулярный слой. Адсорбция на поверхности частиц обеспечивается ионным взаимодействием отрицательных оксигрупп звена флороглюцина или резорцина с положительно заряженными активными центрами поверхности дисперсной фазы и дисперсионными силами взаимодействия между системой ароматических колец олигомеров и поверхностью частиц. Доказано, что введение оптимальной дозировки флороглюцинфурфурольного наномодификатора в суспензии мела и оксида цинка уменьшает среднечисленный радиус наномодифицированных частиц до размера первичных частиц исследуемых дисперсий - с 7 до 1 мкм для мела и с 5 мкм до 50 нм для оксида цинка, что свидетельствует о пептизирующем действии наномодификатора.
Бесплатно
Статья научная
Сварка является одним из основных технологических способов соединения деталей и узлов при их изготовлении. Однако 70-80% разрушений металлоконструкций в процессе эксплуатации связано со сварными соединениями. Эти разрушения преимущественно хрупкие. Повышение стойкости сварных соединений против хрупкого разрушения актуально в связи с освоением северных и восточных регионов России. Самым перспективным способом повышения хладостойкости сварных соединений является измельчение зерна металла шва с помощью наномодифицирования. Однако введение наномодификаторов непосредственно в сварочную ванну через флюс или электродную проволоку не эффективно из-за их дезактивации и высокой температуры в зоне сварки. Поэтому было предложено применять модификаторы в смеси с охлаждающими макрочастицами при автоматической сварке под флюсом мостовых металлоконструкций с применением металлохимической присадки (МХП). МХП состоит из рубленой сварочной проволоки (гранулята), опудренной модифицирующей химической добавкой TiO2 в смесителе со смещенной осью вращения «пьяная бочка» по существующей технологии. Однако эта технология получения МХП не обеспечивает стабильной прочности сцепления модификатора с поверхностью гранулята и не имеет возможности контролировать её состав в производственных условиях, что, безусловно, отрицательно отражается на стабильности свойств сварных соединений. Поэтому одной из главных задач работы была модернизация существующей технологии с целью повышения прочности сцепления модификатора с гранулятом. В статье дано сравнение существующей и разработанной технологии изготовления МХП. Гранулометрический анализ порошка TiO2 показал, что при обработке МХП в планетарной мельнице происходит измельчение частиц диоксида титана до наноразмерного порядка. Показано, что приготовление МХП в высокоэнергетической планетарной мельнице (за счёт двухкратного повышения прочности сцепления модификатора с гранулятом) обеспечивает стабильный её состав, повышает хладостойкость (на 20-25%) и стабильность прочностных характеристик по длине сварного шва. В результате металлографических исследований установлено, что в шве формируется мелкозернистая структура с линейным размером зерна в 2 раза меньшим, чем при сварке по старой технологии. По результатам химического анализа металла шва установлено, что введение диоксида титана с МХП интенсифицирует переход Al2O3 из шлака в сварочную ванну и обеспечивает концентрацию титана в шве в 2 раза большую, чем при взаимодействии ванны с расплавленным флюсом АН-47 без добавок TiO2. Наличие в расплаве оксидов титана и алюминия эндогенного происхождения приводит к образованию в расплаве тугоплавких частиц с центром из TiO2 и Al2O3. Эти частицы являются центрами кристаллизации в хвостовой части ванны и остаются в металле шва в виде равномерно распределенных мелкодисперсных неметаллических включений, имеющих кристаллографическое сродство с матрицей (а-железа), что обеспечивает получение мелкозернистой структуры шва с повышенными и стабильными прочностными характеристиками.
Бесплатно
Новые технические решения в области нанотехнологий. Часть 2
Статья научная
Новые технические решения, в т.ч. и изобретения, в области нанотехнологий и наноматериалов позволяют в строительстве, жилищно-коммунальном хозяйстве, смежных отраслях экономики добиться значительного эффекта. Изобретение «Способ диагностики дефектов на металлических поверхностях (RU 2581441)» относится к способам обнаружения дефектов и трещин на поверхности металлического оборудования и трубопроводов. На поверхность контролируемого объекта последовательно наносят в направлении от большего к меньшему диаметру суспензию наночастиц металла, обладающих свойством фотолюминесценции, имеющих сферическую форму и разный условный диаметр. После каждого нанесения производят сушку поверхности с последующим удалением с нее избыточных наночастиц. Затем осуществляют построчное сканирование поверхности объекта лучом фемтосекундного лазера и одновременно регистрируют интенсивность сигнала двухфотонной люминесценции в каждой исследуемой области с фиксированием местоположения указанной области и получением карты распределения интенсивностей свечения наночастиц, возбуждаемых лазерным излучением. На полученных картах выделяют области с максимальным значением интенсивности свечения и по координате и форме зафиксированной области свечения судят о координате и форме обнаруженного дефекта, а его поперечный размер принимают равным условному диаметру нанесенных наночастиц на данном этапе нанесения. Технический результат - повышение надежности и достоверности исследования. Также представляют интерес для специалистов следующие изобретения в области нанотехнологий: способ получения поковок из жаропрочных гранулированных сплавов (RU 2583564); способ получения нанокомпозита с двойным эффектом памяти формы на основе монокристаллов ферромагнитного сплава (RU 2583560); способ получения нано-структурированных покрытий титан-никель-цирконий с эффектом памяти формы (RU 2583222); способ получения нанокомпозитов на основе наночастиц золота, покрытых оболочкой из оксида кремния, и квантовых точек (RU 2583022); способ изготовления полимерного композита на основе ориентированных углеродных нанотрубок (RU 2560382); способ получения ферромагнитных металлических наночастиц с твердой изоляционной оболочкой (RU 2582870); способ синтеза эндоэдральных фуллеренов (RU 2582697); оптическая измерительная система и способ количественного измерения критического размера для наноразмерных объектов (RU 2582484); способ получения наноструктурированного покрытия и устройство для его реализации (RU 2575667) и др.
Бесплатно
Новые технические решения в области нанотехнологий. Часть 5
Статья научная
Новые технические решения, в т.ч. и изобретения, в области нанотехнологий и наноматериалов позволяют в строительстве, жилищно-коммунальном хозяйстве, смежных отраслях экономики добиться значительного эффекта. Изобретение «Способ приготовления укрепляющего раствора (RU 2601885)» относится к строительству и может быть использовано для укрепления грунтовых оснований фундаментов строящихся и восстанавливаемых зданий и сооружений методом инъектирования. Технический результат заключается в обеспечении возможности увеличения подвижности укрепляющего раствора и, соответственно, объема пространства, заполняемого таким раствором через грунтовые разрывы. Способ приготовления укрепляющего раствора включает перемешивание портландцемента, воды, введение нанодобавки и обработку раствора. В качестве нанодобавки используют смесь нанодисперсных частиц двуокиси кремния разной удельной поверхности. В воду вводят указанную нанодобавку до получения коллоидного раствора заданной концентрации, который механически перемешивают и дополнительно обрабатывают ультразвуком. Далее полученный коллоидный водный раствор перемешивают с требуемым количеством воды затворения, а затем - с портландцементом. Для существенного увеличения подвижности укрепляющего раствора целесообразно использовать коллоидный водный раствор смеси нанодисперсных частиц двуокиси кремния разной удельной поверхности, с концентрацией порядка 20^35 мас.% Также представляют интерес для специалистов следующие изобретения в области нанотехнологий: способ формирования кристаллического нанопористого оксида на сплаве титан-алюминий (RU 2601904), нанопористая полимерная пена, имеющая высокую пористость (RU 2561267), способ введения добавок в полимеры (RU 2585003), способ переработки природных битумов (RU 2600448), способ получения наноразмерного порошка, стабилизированного диоксида циркония (RU 2600400), сырьевая смесь для изготовления газобетона автоклавного твердения (RU 2600398), применение модифицированных наночастиц в древесных материалах для уменьшения эмиссии летучих органических соединений (RU 2600050), способы повышения прочности бетона при сжатии с использованием нанокремнезёма, полученного из гидротермального раствора (RU 2599739) и др.
Бесплатно
О влиянии углеродных наноматериалов на свойства цемента и бетона
Статья научная
В статье представлены результаты исследований по модифицированию цементного камня и бетона углеродными наноматериалами, полученными в качестве сопутствующего продукта при плазменной газификации угля. Под действием электродуговой плазмы из материала электродов и угля, подаваемого для газификации, в одной установке попутно образуются углеродные наноматериалы - фуллеренсодержащая сажа. Данный способ производства углеродных наноматериалов является перспективным ввиду меньшего влияния на увеличение себестоимости конечного композита. Полученные при плазменной обработке углеродные наноматериалы имеют как компактную, так и волокнистую ультрадисперсную структуру, что указывает на наличие в ней таких основных форм наночастиц, как «луковичные углеродные структуры» (многослойные, гиперфуллерены) и «нитевидные углеродные структуры» (нанотрубки, нановолокна). Учитывая сложность введения и равномерного распределения в цементной матрице углеродных наночастиц, склонных к агрегированию, про водилась ультразвуковая обработка углеродных наноматериалов и воды за-творения. Установлена оптимальная дозировка углеродных наноматериалов в количестве 0,01 масс.%, при которой получены максимальные физико-механические показатели цементного камня. Установлено, что при использовании суперпластификаторов различной природы углеродные наноматериалы эффективно распределяются в объеме воды затворения, однако комплексный эффект улучшения показателей цемента варьируется в зависимости от вида суперпластификатора. Исследовано изменение температуры гидратации цемента при введении углеродных наноматериалов и различных суперпластификаторов. Показано, что при введении углеродных наноматериалов происходит увеличение максимальной температуры при гидратации. Введение углеродных наноматериалов повышает физико-механические и эксплуатационные свойства цемента и бетона за счет ускорения процессов гидратации портландцемента, улучшения микроструктуры и снижения пористости цементного камня. Методом ртутной порометрии установлено снижение общей пористости цементного камня при введении углеродных наноматериалов, а также изменение количества микропор цементного камня разных размеров. Определены физико-механические свойства и эксплуатационные свойства бетонов при введении углеродных наноматериалов. Установлено улучшение прочности бетона в разные сроки твердения, морозостойкости, водопо-глощения и водостойкости бетона.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В настоящее время разработано значительное количество стратегий восстановления карьеров, основывающихся на разных аспектах воздействия на почву: смешивания верхнего слоя почвы с пустой породой выработанных карьеров; внесения органических отходов; применения мульчирования и полимерных структурообразователей; использования адаптированных растений. В данном исследовании мы предприняли попытку объединить положительные стороны перечисленных ранее методов. В связи с чем целью наших исследований явилось создание искусственных почвоподобных тел с заданными агроэкологическими свойствами. Предполагаем дальнейшее использование полученной смеси в качестве прослойки между материалом отвалов карьера и плодородной почвой, наносимой на рекультивируемую поверхность с последующей высадкой местных видов растительности. Материалы и методы. Исследования по изучению возможности рекультивации отвалов выработанного рудника проводились в условиях модельного опыта с использованием в качестве органической основы почвоподобного тела отхода целлюлозно-бумажной промышленности - лигносульфоната натрия (ЛН). Отобранный с отвалов рудника мелкозем (М) смешивали с ЛН в соотношении 1/0,5, 1/1 и 1/2, для ускорения разложения органического вещества в зависимости от схемы опыта добавляли штаммы бактерий Acinetobactercalcoaceticus и Pseudomonas kunmingensis. Полученные смеси компостировались в течение трех месяцев при комнатной температуре, перемешивании и поддержании режима влажности. Фитотоксичность полученных смесей оценивалась при проращивании семян скороспелого редиса с торговым названием «18 дней». Результаты и обсуждение. Внесение ЛН в мелкозем существенно повысило содержание органического вещества и снизило кислотность среды. Внесение азота на вариантах с ЛН по сравнению с вариантами, содержащими только ЛН, привело к значительному увеличению содержания щелочногидролизуемого азота. Заключение. Результаты исследований показали, что добавление лигносульфоната натрия к мелкозему способствует снижению кислотности, увеличению содержания органического вещества и щелочногидролизуемого азота в смеси, а также снижению токсичности субстрата.
Бесплатно
Обзор результатов диссертационных исследований в области нанотехнологий и наноматериалов. Часть 4
Статья научная
С целью популяризации научных достижений в реферативной форме публикуются основные результаты исследований российских и зарубежных ученых. По направлению «Материалы автоклавного твердения с использованием наноструктурированного модификатора на основе магматических пород кислого состава» теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность использования магматических пород кислого состава для получения наноструктурированного модификатора материалов автоклавного твердения. Активность наноструктурированного модификатора обусловлена его составом и технологией получения: высокой удельной поверхностью с формированием нанодисперсных компонентов полиминерального состава; аморфизацией поверхности породообразующих минералов; процессами механохимического растворения кварцевого и полевошпатового компонентов с формированием активной кремниевой и алюмокремниевой кислот. Установлен характер влияния наноструктурированного модификатора в составе формовочной смеси на газообразование, вспучивание бетонной смеси и, в конечном итоге, структурообразование материалов в доавтоклавный период. Предложены составы материалов автоклавного твердения с использованием наноструктурированного модификатора, получаемого на основе гранита, позволяющие производить: прессованные изделия (силикатный кирпич) плотностью 1835-1950 кг/м 2, пределом прочности при сжатии - 17,8-23,3 МПа, теплопроводностью - 0,56-0,6 Вт/м оС, морозостойкостью - 40-55 циклов, водопоглощением - 11,4-12,2%. Разработанные изделия удовлетворяют требованиям существующих нормативных документов: марки по прочности М150- М200 и марки по морозостойкости F35-F50. Для специалистов также представляют интерес результаты следующих исследований: «Физико-химические свойства и строение мономерных и полимерных ацетиленкарбоксилатов металлов и нанокомпозитов на их основе», «Наномодифицированные серные вяжущие вещества для строительных материалов общестроительного и специального назначения», «Синтез и каталитические свойства мезопористых наноматериалов на основе СеО 2», «Синтез и свойства наноструктур на основе слоистых двойных гидроксидов», «Золь-гель синтез и свойства нанокристаллических ферритов на основе системы Y 2O 3-Fe 2O 3», «Синтез и физико-химические закономерности формирования золь-гель методом тонкопленочных и дисперсных наноматериалов оксидных систем элементов III-V групп», «Синтез и исследование функциональных свойств низкоразмерных наноструктур на основе оксидов титана и ванадия», «Исследование взаимодействия электромагнитного излучения с наноструктурированными материалами», «Формирование, структура и оптические свойства нанокомпозитных систем «Ge в пористой матрице Al 2O 3», «Полимерные нанокомпозиты строительного назначения на основе поливинилхлорида», «Закономерности формирования, особенности структуры и свойства сверхтвердых нанокомпозитных покрытий» и др.
Бесплатно
Оптимизация состава и свойств керамического композита на основе барита и бентонита
Статья научная
Введение. В настоящее время барит активно используется в различных отраслях народного хозяйства, в том числе в бу- мажной, строительной, лакокрасочной, резиновой, химической, металлургической и электротехнической промышленно- сти, а также в сельском хозяйстве и медицине. Литературный анализ показал, что состав и свойства барита зависят от его месторождения. Для переработки барита разработаны различные технологии, в том числе методы получения материалов для разнообразных областей применения. Особое внимание уделяется созданию радиационно-стойких и радиационно-за- щитных материалов, включая радиационно-стойкие бетоны и керамику. Методы и материалы. В Кыргызской Республике насчитывается более 40 месторождений барита. Среди них особенно выделяется месторождение «Арсы», запасы которого находятся в достаточном объеме. Химический состав барита месторождения «Арсы» был исследован с использованием атомно-эмиссионного спектрального анализа, рентгенофлуоресцентного метода и силикатного химического анализа. Результаты анализа показали, что химический состав барита включает сульфат бария (BaSO₄) в количестве около 89–91%. Остальные компоненты представлены примесями: кальций (Ca) – 8–8,4%, диоксид кремния (SiO₂) – 1,6–1,8%, оксид алюминия (Al₂O₃) – 0,1–0,13%, оксид железа (Fe₂O₃) – 0,15–0,25%. Микрокремнезем представляет собой тонкодисперсный порошок, со- стоящий из частиц диоксида кремния (SiO₂) размером от 0,1 до 0,3 микрометра. Содержание SiO₂ составляет около 85–98%. В его составе также присутствуют примеси: оксид алюминия (Al₂O₃) – 0,2–0,8%, оксид железа (Fe₂O₃) – 0,1–0,5%, оксид кальция (CaO) – около 0,5%. Химический состав бентонита Абширского месторождения характеризуется следующим содержанием компонентов: диоксид кремния (SiO₂) – 65,84%, оксид алюминия (Al₂O₃) – 14,8%, оксид железа (Fe₂O₃) – 4,35%, оксид кальция (CaO) – 2,85%, оксид магния (MgO) – 1,76%, потери при прокаливании (п.п.п.) – 2,72%, прочие примеси – 7,68%. Для перера- ботки баритового порошка был применен гидрокавитатор, обеспечивающий эффективную обработку жидких сред за счет сочетания кавитационного и механического воздействия. Результаты. Для разработки технологии и оптимизации состава и свойств керамического композита в качестве сырьевых компонентов были использованы бентонитовая глина, тонко- измельченный барит и микрокремнезем. Эксперимент проводился по четырехфакторному плану В4. На основе уровней варьирования факторов и полученных экспериментальных данных были построены уравнения регрессии, описывающие зависимость плотности, водопоглощения, прочности и усадки материала. В соответствии с этими уравнениями были раз- работаны номограммы, отражающие влияние исследуемых факторов в рамках экспериментального плана. Были опреде- лены оптимальные параметры, обеспечивающие высокую прочность керамического композита: содержание баритового порошка – около 20–25%, микрокремнезема – около 5%, температура обжига – приблизительно 850 °C, продолжительность термообработки – 30–45 минут. Далее баритовый порошок был переработан с использованием гидрокавитатора, после чего были определены технологические режимы и физико-технические характеристики порошка после кавитационной обработки. Состав и свойства баритового порошка были исследованы с использованием рентгенодифрактометрического анализа, выполненного на дифрактометре AL-27MINI в диапазоне 2θ от 10° до 70°. Фурье-ИК спектры регистрировались на спектрометре IRSpirit-T, оснащенном приставкой QATR-S, в диапазоне 400–4000 см–1. Заключение. Оптимизация со- става и свойств керамического композита на основе анализа математических моделей указывает на целесообразность использования баритового порошка в количестве около 20–30% и микрокремнезема – до 10%, при температуре обжига 850–900 °C и длительности термообработки 30–45 минут. Такой состав позволяет достичь высоких показателей прочности и водостойкости материала. После кавитационной обработки баритовый порошок изменяет свою химическую активность и допускается к использованию в составе композита в количестве до 20% по массе от массы бентонита. Добавление более 20% баритового порошка вызывает интенсивные химические реакции, обусловленные присутствием серы, что приводит к разрушению структуры материала. В связи с этим рекомендуется ограничить количество баритовой добавки уровнем до 20%, чтобы избежать нежелательных эффектов, включая взрывные или разрушительные процессы в структуре керамического композита.
Бесплатно
Статья научная
В статье изложены перспективы модифицирования цементных композитов на разных масштабных уровнях (нано-, микро-, макро-). Представлены основные виды микро- и наномодификаторов, используемых в современной технологии бетонов. Показаны преимущества применения фуллереноподоб- ных частиц для наномодифицирования цементных бетонов. Предложено использование комплексных модификаторов на основе дисперсных волокон, минеральных добавок и наночастиц. В качестве основных компонентов дисперсно-армированных мелкозернистых бетонов использовались: цемент класса ЦЕМ I 42,5Б производства ОАО «Мордовцемент», речной песок Новостепановского карьера (п. Смольный Ичалковского района Республики Мордовия), микрокремнезем конденсированный уплотненный (МКУ-85) производства ОАО «Кузнецкие ферросплавы» (г. Новокузнецк), высокоактивный метакаолин белый производства ООО «Мета-Д» (г. Днепродзержинск), гидроизоляционная добавка в бетонную смесь «Пенетрон Адмикс» производства ООО «Завод гидроизоляционных материалов «Пенетрон» (г. Екатеринбург), поликарбоксилатный суперпластификатор Melflux 1641 F (BASF Construction Polymers, Германия). Дисперсное армирование бетонов обеспечивалось введением трех видов фибр: полипропиленовое мультифиламентное волокно с длиной резки 12 мм, полиакрилонитрильное синтетическое волокно FibARM Fiber WВ с длиной резки 12 мм, модифицированная астраленами базальтовая микрофибра «Астрофлекс-МБМ» длиной 100500 мкм. Анализ результатов исследования насыщенного D-оптимального плана осуществлялся по полиномиальным моделям типа «смесь I, смесь II, технология - свойства», учитывающим влияние 6 варьируемых факторов. С помощью метода экспериментально-статистического моделирования выявлены оптимальные области варьирования компонентов модифицированных мелкозернистых дисперсно-армированных бетонов. Построены полигоны распределения уровней факторов модифицированных цементных дисперсноармированных бетонов, что позволило проследить изменение полей предела прочности при сжатии и на растяжение при изгибе в возрасте 28 суток в зависимости от требуемой характеристики и варьируемых параметров.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Управление физико-химическими процессами структурообразования высокофункциональных цементных композитов может обеспечиваться на нескольких масштабных уровнях за счет использования модификаторов различной природы и механизма действия, в частности микро- и наноразмерных минеральных добавок природного и техногенного происхождения. Известно, что перспективным сырьем для получения минеральных модификаторов для цементных систем являются глинистые и карбонатные породы. Целью данного исследования явилось установление закономерностей влияния рецептурно-технологических параметров получения минеральных добавок (вещественный и гранулометрический состав, температура обжига) на основе прокаленных глинистых и карбонатных пород на их активность в цементных системах. Методы и материалы. Исходным сырьем для получения минеральных добавок являлись полиминеральные глины и карбонатные породы (доломит и мел) ряда месторождений Республики Мордовия. Удельная поверхность модификаторов определялась по методу Козени-Кармана на приборе дисперсионного анализа ПСХ-12. Исследование гранулометрического состава порошков осадочных пород осуществлялось методом лазерной дифракции. Изучение физико-химических процессов, протекающих при термообработке полиминеральных глин и карбонатных пород, проводилось с применением метода синхронного термического анализа. Оптимизация температуры обжига глинисто-карбонатных композиций осуществлялась по результатам исследования влияния их добавок на активность цементного вяжущего с определением индекса активности модификатора в соответствии с методикой ГОСТ Р 56178-2014. Результаты и обсуждение. По результатам исследования процессов дегидратации глинистых минералов установлено, что оптимальная температура обжига полиминеральных глин находится в области 500+800°C. Данному температурному диапазону соответствуют процессы начальной перестройки кристаллической структуры минералов каолинитовой и иллитовой групп, связанные с их дегидроксилированием, что способствует переходу указанных фаз в активную форму. Результаты исследования влияния добавок обожженных глинисто-карбонатных композиций на активность цементного вяжущего подтвердили данные термического анализа. Установлено, что получению наиболее эффективных минеральных модификаторов способствует прокаливание глин и глинисто-карбонатных смесей при температуре 700°C. Заключение. По совокупности исследований выявлены закономерности в системе «состав модификатора - температура обжига осадочных пород - активность смешанного вяжущего», позволяющие оптимизировать рецептурно-технологические параметры получения минеральных добавок для достижения требуемого уровня прочностных характеристик цементных композитов.
Бесплатно
Особенности изменения проницаемости и микроструктуры песка при укреплении полиуретановыми смолами
Статья научная
Введение. В сложных геотехнических условиях при строительстве, эксплуатации инженерных объектов используют укрепление несвязных грунтов полиуретановыми составами. Анализ современных исследований показал, что влияние полимеров на фильтрационные свойства песчаного грунта изучено недостаточно. Целью работы является определение особенностей изменения проницаемости и микроструктуры химически укрепленного песка в зависимости от способа обработки, расхода полиуретановых смол и внешних сжимающих нагрузок. Методы и материалы. Эксперименты проводили с мелкими, среднезернистыми песками. Для укрепления использовали двухкомпонентную высокоэластичную и однокомпонентную полиуретановые смолы, основное назначение которых - усиление грунтов, гидроизоляция, формирование противофильтрационных завес. Влияние составов на проницаемость и микроструктуру породы оценивали по результатам экспериментов, которые включали формирование смесей полимер-песок способами однорастворной и двухрастворной обработки смолами при объемном соотношении жидкий состав/порода - 0,05-0,25, исследование микроструктуры, проведение фильтрационных тестов при различных условиях нагружения образцов. Результаты и обсуждение. Определены особенности изменения проницаемости песка в зависимости от способа укрепления полиуретанами. В случае однорастворной обработки высокоэластичной смолой при объемном соотношении состав/порода - 0,2, проницаемость образцов составляет 7-13 -10-3 мкм2. Двухкратное уменьшение содержания смолы приводит к повышению проницаемости на 1-2 порядка, поскольку в структуре преобладают открытые межзерновые пустоты, формирующие связанные поровые каналы. Добавка малого объема однокомпонентного жесткого полиуретанового состава снижает проницаемость песка в 1,5 - 3,2 раза и повышает устойчивость образцов в условиях сжимающих нагрузок.
Бесплатно
Статья научная
Целенаправленно влиять на реологические свойства высококонцентрированных минеральных суспензий, применяемых в строительной индустрии, позволяет направленный синтез макромолекул наноразмеров и определенного строения, обладающих высокой адсорбционной способностью на поверхности минеральных частиц и способных модифицировать структуру граничного слоя. Адсорбционная способность органических соединений зависит, в первую очередь, от длины углеводородной цепи и молекулярной массы соединения. в результате конденсационного взаимодействия фенола и его производных с альдегидами получаются олигомеры и полимеры, строение которых зависит от функциональности фенола, вида альдегида, мольного соотношения реагентов, рН среды реакции. так, меняя тип или функциональность исходных мономеров, либо условия синтеза, можно синтезировать линейные термопластичные олигомеры (новолаки), либо сильно разветвленные термореактивные олигомеры (резолы). Установлено, что получение резолов идет при более мягких условиях в щелочной среде, при этом отсутствует необходимость нейтрализации продуктов реакции, как в случае с получением новола-ков, синтез которых, как правило, протекает в кислой среде. Синтезирован ряд термореактивных олигомеров на основе трифункци-ональных многоатомных фенолов. Изучены теоретические и практические особенности синтеза резольных олигомеров, определены оптимальные условия синтеза, установлен состав и строение макромолекул методами ИК- ПМР-спектроскопии, жидкостной хроматографии и кондуктометрии, рассчитана длина развернутой олигомерной молекулы. полученные соединения были отнесены к наноразмерным модификаторам минеральных дисперсий.
Бесплатно
Статья научная
Развитие электронных устройств и их повсеместное распространение приводит к необходимости интеграции строительных и экранирующих технологий, что позволило бы создавать строительные материалы для зданий и выделенных помещений, снижающих уровень распространяющихся электромагнитных полей бытовых и промышленных источников. Такие помещения могут использоваться для решения проблем электромагнитной совместимости, неконтролируемого воздействия электромагнитных излучений (ЭМИ) на организм человека, обеспечения защиты критичной информации, обрабатываемой автоматическими средствами. Помимо высокой эффективности экранирования, материалы для строительства или отделки помещений должны удовлетворять определенным требованиям по пожарной безопасности. Проведенные исследования многослойных экранирующих материалов на основе композитов с магнитными и диэлектрическими потерями показали, что эффективность экранирования ЭМИ составляет 20.35 дБ в диапазоне частот 0,7.17 ГГц. Коэффициент отражения ЭМИ исследованными материалами составляет -5...-1 дБ. При исследованиях воздействия открытого пламени (+1700 оС) определялось время сквозного прогорания образцов. Показано, что использование в составе композиционных материалов гигроскопичных водных растворов позволяет увеличить время сквозного прогорания материала толщиной 0,3 мм до 140 с.
Бесплатно
Статья научная
Смачиваемость поверхности каналов фильтрации жидкостей и газов в естественных условиях коллекторов нефти и газа является одним из параметров, во многом определяющих фильтрацию. Характер смачиваемости поверхности канала фильтрации определяет фазовую проницаемость, капиллярные силы и интенсивность адсорбции на границе раздела фаз. Способность поверхности канала фильтрации к смачиваемости полярной или неполярной фазами пластового флюида и технологических жидкостей оказывает влияние на фильтрационно-емкостные параметры нефтегазонасыщенных пород. В связи с этим при разработке нефтяных и газовых месторождений большое внимание уделяется изучению физико-химических явлений и процессов, происходящих на границах разделов фаз. В статье представлены результаты комплекса лабораторных экспериментов по исследованию поверхностной активности коллоидной системы в виде эмульсии со сверхзаряженными наночастицами. С целью оценки влияния эмульсионной системы с наночастицами на смачиваемость поверхности каналов фильтрации горных пород-коллекторов нефти и газа был проведен комплекс фильтрационных экспериментов с применением методики Горного бюро США (USBM)...
Бесплатно
Статья научная
Эффективная разработка низкопродуктивных объектов невозможна без использования мероприятий по воздействию на призабойную зону скважин как на этапе освоения после завершения строительства, так и в процессе снижения дебита при эксплуатации. Оценка эффективности новой технологии, в том числе с использованием наноматериалов, предполагает сравнение фактического уровня, достигнутого после применения новой технологии, с прогнозным базовым уровнем, который может быть обеспечен применявшимся ранее способом. Выполнено геолого-статистическое моделирование результатов кислотно-имплозионного воздействия на призабойную зону скважин, осуществляемого с использованием солянокислотного раствора в сочетании с ударно-волновым воздействием, отличающееся цикличностью и динамическим режимом. Рассмотренные результаты достигнуты в скважинах нефтяного эксплуатационного объекта со слабопроницаемыми карбонатными коллекторами очень сложного геологического строения. Методом множественной регрессии определены характер и степень влияния геолого-технологических параметров на результаты кислотно-имплозионного воздействия, выбраны наиболее влияющие параметры; даны рекомендации по выбору скважин и технологических параметров воздействия. Построены модели для прогноза прироста дебита и добычи нефти, снижения доли нефти в продукции скважин, продолжительности эффекта кислотно-имплозионного воздействия, которые могут быть использованы при оценке эффективности технологий воздействия на призабойную зону скважин после завершения их строительства с использованием наноматериалов.
Бесплатно
