Результаты исследований ученых и специалистов. Рубрика в журнале - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
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
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
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
Статья научная
Введение. Исследования по созданию высокоэффективных фотокатализаторов для строительных композитов, характеризующихся повышенной активностью и расширенным спектральным диапазоном действия, являются весьма актуальными. Известно, что одним из эффективных видов фотокаталитических добавок для цементных систем являются композиции «ядро (подложка) - оболочка (фотокатализатор)», где носителем может выступать минеральное сырье различного генезиса. Стоит отметить, что для комплексной оценки эффективности подложки необходимо владеть информацией о составе и свойствах используемого сырья, среди которых первостепенное значение придается его химической активности и структурообразующей роли в цементных системах. Цель данного исследования - установить закономерности влияния четырех видов минеральных добавок (микрокремнезем, метакаолин, расширяющий сульфоалюминатный модификатор и микрокальцит) на процессы формирования структуры пластифицированных цементных систем и выявить наиболее эффективные модификаторы для последующего их использования в качестве минеральной подложки в составе фотокаталитических композиций. Методы и материалы. Удельная поверхность и гранулометрический состав минеральных модификаторов определялись методами Козени-Кармана и лазерной дифракции. Исследование фазового состава минеральных добавок и модифицированных цементных систем проводилось методом рентгенофазового анализа. Результаты и обсуждение. Выявлены особенности минералогического и гранулометрического состава минеральных добавок. Установлено, что использование индивидуальных и комплексных минеральных добавок на основе микрокремнезема, метакаолина и РСАМ позволяет направленно влиять на содержание основных фаз цементного камня - эттрингита, портландита, гидросиликатов кальция разной основности. Заключение. Повышенная химическая активность указанных модификаторов в цементных системах, обусловленная наличием в структуре реакционноспособных минералов, наряду с особенностями гранулометрического состава (высокая дисперсность и узкий диапазон размеров частиц) свидетельствуют о потенциальной перспективности их применения в качестве минеральной подложки в составе фотокаталитических композиций «ядро - оболочка».
Бесплатно
Переработка рисовой шелухи и получение керамического композита на ее основе
Статья научная
Введение. С каждым годом мировая потребность в рисе неуклонно растет, что приводит к расширению его выращивания и производства. Вместе с тем при производстве риса образуются многотоннажные отходы – в частности, рисовая шелуха. Во введении представлен литературный обзор по переработке и применению рисовой шелухи для различных целей. При получении 1 тонны очищенного риса образуется около 200 кг рисовой шелухи, из которой после сжигания остается примерно 40 кг золы. В результате исследований установлено, что основными компонентами рисовой шелухи являются целлюлоза (40–45%), лигнин (около 20–25%) и гемицеллюлоза (примерно 15%). Остальной состав зависит от месторождения и сорта риса. Переработка рисовой шелухи с использованием гидрокавитационной и пиролизной установок открывает новые возможности для получения керамических композитов. Методы и материалы. Проведен спектральный анализ химического состава рисовой шелухи из Сузакского района. Результаты анализа показали, что основной компонент твердой массы рисовой шелухи составляет: SiO2 – 400 мг/кг, MnО – 195 мг/кг, K2O – 120 мг/кг, MgO – 30 мг/кг, CaO – 20 мг/кг, P – 13 мг/кг, Na2O – 3,9 мг/кг, Fe2O3 – 3 мг/кг, Ag – 0,04 мг/кг и др. примеси. Приведены методика проведения исследования состава и свойств компонентов рисовой шелухи. Представлена технологическая схема процесса быстрого пиролиза рисовой шелухи. Предварительный химический состав бентонита месторождения «Тегерек» был определен спектральным методом в рамках разработки керамического композита. Основные компоненты: SiO2 – 50%, Al2O3 – 12 %, Fe2O3 – 12%, MgO – 4 %, CaO – 3%, K2O – 2%; прочие элементы присутствуют в виде незначительных примесей. Результаты. В экспериментальной части использовалась технология гидродинамической кавитации, в результате которой рисовая шелуха была обработана с применением гидрокавитатора. Установлено, что после кавитационной обработки рисовая шелуха разделяется на три фракции: грубая масса – 75%, пластическая масса – 15,83% и мелкодисперсная фракция, составляющая 9,6%, находящаяся во взвешенном состоянии в воде. Были исследованы состав, структура и физико-технические характеристики грубой и пластической фракций рисовой шелухи. Проведен быстрый пиролиз грубой фракции после кавитационной обработки. На основе полученной золы и кремнеуглеродистого материала, образующегося в процессе пиролиза, были синтезированы плотная и пористая керамика различного назначения. Заключение. Разработана технология переработки рисовой шелухи с использованием созданного гидрокавитатора и метода быстрого пиролиза для получения керамического композита. Проведено исследование состава и структуры рисовой шелухи после кавитационной обработки, а также твердых остатков, образующихся в результате быстрого пиролиза. В результате получены как плотные (ρ = 1,19–1,22 г/см3), так и пористые (ρ = 0,51–1,02 г/м3) керамические композиты на основе переработанной рисовой шелухи с применением гидрокавитации и пиролиза.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Во введении приведен анализ технологии получения кремния из рисовой шелухи. Анализ показал, что получение поликристаллического и аморфного кремния на основе отходов риса в виде рисовой шелухи решает одновременно утилизации рисовых отходов. В ходе переработки рисовой шелухи получают ценные органические продукты, кроме того, остаточные твердые отходы, в основном, содержат кремний, углерод и другие микроэлементы металлов. Поэтому получение кремния и кремнийсодержащих материалов из рисовой шелухи актуально. Методы и материалы. Приведены различные методы получения кремния из рисовой шелухи. Среди них были выбраны методы хлорирования и возгонки, для проведения эксперимента собраны экспериментальные установки. В качестве объекта исследования взяты образцы, полученные из рисовой шелухи узгенского риса в Кыргызской Республики.
Бесплатно
Потенциометрический метод оценки пуццолановой активности высокодисперсных материалов
Статья научная
Введение. Важным показателем высокодисперсных материалов, в частности, глинистых грунтов, определяющим эффективность их применения и характеризующим способность активных компонентов в их составе взаимодействовать с гидроксидом кальция, является пуццолановая активность, для оценки которой применяют различные методы. Эффективными являются потенциометрические методы, основанные на измерении электродного потенциала, функционально связанного с изменением концентрации (активности) ионов кальция в анализируемых растворах как основным информационным параметром пуццолановой реакции. Целью исследования являлась апробация потенциометрического метода для оценки пуццолановой активности высокодисперсных материалов, а также применение данного подхода для определения рационального количества активной минеральной известьсодержащей добавки как компонента вяжущего для получения грунтобетона. Материалы и методы исследования. В качестве объектов были выбраны модели глинистого грунта с разным числом пластичности и супесь Архангельской области. Методика потенциометрического анализа заключалась в последовательном добавлении в суспензию (0,5 г грунта на 80 мл дистиллированной воды) 0,015 моль/л раствора гидроксида кальция в количестве от 0,2 до 0,8 мл и измерении потенциала системы при постоянном перемешивании с фиксированной скоростью. Результаты и обсуждение. Все исследуемые объекты характеризуются пуццолановой активностью, которая увеличивается в ряду: супесь песчанистая суглинок легкий пылеватый глина легкая пылеватая = супесь пылеватая - и имеет порядок абсолютных значений, совпадающих с литературными данными. Рациональное количество активной минеральной известьсодержащей добавки составило для моделей глинистого грунта 1-2% в зависимости от числа пластичности, а для супеси Архангельского региона - более 2% (от массы грунта в пересчете на массу сухого вещества). Заключение. Показана применимость потенциометрического метода анализа с использованием кальцийселективного электрода для оценки пуццолановой активности высокодисперсных материалов на примере моделей глинистых грунтов с разным числом пластичности и супеси Архангельского региона.
Бесплатно
При воздействии сверхвысокочастотного электромагнитного излучения
Статья научная
Долговечность используемых конструкционных материалов на цементной основе может быть повышена путем их модификации электромагнитным излучением. Так, в ряде исследовательских работ отмечается, что магнитное и сверхвысокочастотное электромагнитное излучение интенсифицирует процессы растворения и гидратации цемента в более ранние сроки, что приводит к образованию мелкокристаллических структур, уменьшению пористости, увеличению плотности, прочности, морозостойкости и долговечности в целом. В процессе работы проведены физико-механические испытания образцов цементно-песчаных растворов, облученных сверхвысокочастотным электромагнитным излучением, и проанализированы результаты в сравнении с необлученными. При этом исследования проведены как на образцах низкомарочных цементно-песчаных растворов из сухих смесей, так и на высокомарочных образцах цементно-песчаных растворов, используемых для ремонта бетонных и железобетонных конструкций - для наглядности получаемых результатов. Исследования структуры образцов проведены на растровом электронном микроскопе с энергодисперсионным спектрометром...
Бесплатно
Статья научная
Введение. Литературный анализ и патентный поиск выявили, что базальтовая порода и её волокно обладают высокими физико-техническими характеристиками и обширными запасами сырья. Исходя из этого, использование базальтовых пород и их волокон в качестве материала для разработки современных композиционных материалов с высокими эксплуатационными характеристиками представляет собой перспективное направление. Разнообразные области техники и народного хозяйства, а также различные требования, предъявляемые к этим материалам, определяют многообразие систем, составов и свойств базальтов и их расплавов, применяемых для производства как супертонких, так и непрерывных волокон. Методы и материалы. Исследованы химический и минералогический составы некоторых базальтовых пород месторождений Кыргызской Республики для определения их пригодности для производства супертонких волокон и непрерывных волокон. Расчетным путем определены модуль кислотности и модуль плавкости по химическому составу базальтов Кыргызской Республики. Среди них качество базальтов Сулуу-Терекского месторождения и базальтов месторождения Тору-Айгыр полностью соответствует требованию к качеству сырья для создания производства базальтовых супертонких волокон (БСТВ) и базальтовых непрерывных волокон (БНВ). В исследовании применялись методы физико-химического анализа с целью определения химического и минералогического состава базальта. Путем расчетов модуля кислотности и плавкости базальтового сырья Кыргызской Республики, а также сопоставления с соответствующими стандартами была установлена их пригодность для производства базальтового супертонкого волокна (БСТВ) и базальтового непрерывного волокна (БНВ). Объектом исследования выступили базальты месторождения Сулу-Терек. Результаты исследования включают в себя анализ химического и минералогического составов некоторых базальтовых пород месторождений Кыргызской Республики с целью оценки их пригодности для производства супертонких и непрерывных волокон. Расчетным методом определены модуль кислотности и модуль плавкости базальтов Кыргызской Республики. Среди них выявлено, что качество базальтов Сулуу-Терекского месторождения и базальтов месторождения Тору-Айгыр полностью соответствует требованиям к качеству сырья для производства базальтовых супертонких волокон (БСТВ) и базальтовых непрерывных волокон (БНВ).
Бесплатно
