Результаты исследований ученых и специалистов. Рубрика в журнале - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Статья научная
Введение. Бетон и разнообразные цементные композиты с уверенностью можно отнести к наиболее востребованным и универсальным строительным материалам. Не так давно широкое распространение получили фотокаталитически активные строительные материалы, содержащие в своей структуре частицы фотокатализаторов на основе нанои тонкодисперсных частиц оксидов и солей некоторых металлов, в частности диоксида титана анатазной модификации. Под воздействием света поверхность таких материалов становится способной к самоочищению. Зачастую лабораторная оценка фотокаталитической активности материала сводится к облучению образцов искусственным источником света определенной длины волны, что недостаточно полно характеризует поведение материала при эксплуатации в реальных условиях окружающей среды. Поэтому целью данного исследования является оценка фотокаталитической активности образцов цементно-песчаной штукатурки в условиях облучения естественным солнечным светом в природных условиях.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В соответствии с Федеральным Законом «О безопасности гидротехнических сооружений» необходимо обеспечение длительной безопасности и надежности эксплуатируемых сооружений и конструкций ГЭС. В русловых ГЭС система «напорные стены – перекрытия машинных залов» является основной несущей конструкцией, воспринимающей комплекс внешних нагрузок и нагрузок при эксплуатации в машинном зале ГЭС. С течением времени в железобетонных перекрытиях обследованиями выявлено интенсивное трещинообразование, снижающее их несущую способность. Для обеспечения безопасной эксплуатации и продления жизненного цикла ГЭС необходимо усиление внешним армированием железобетонных перекрытий машинного зала, предпочтительно композитными углеродными лентами, имеющими высокую прочность, незначительный вес, качества диэлектрика и другие положительные характеристики. При этом метод монтажа углеродных лент должен обеспечивать не образование тонкодисперсной токопроводящей пыли, поскольку усилению подлежат железобетонные конструкции машинного зала ГЭС, насыщенного электрическим оборудованием, обеспечивающим работу гидрогенераторов ГЭС. Также необходимо обеспечить контроль работы усиленного железобетонного перекрытия системой внешнего армирования углеродными лентами во времени посредством закладной контрольно-измерительной аппаратуры. Решение поставленных задач в настоящих экспериментально-расчетных исследованиях позволило обосновать эффективность усиления перекрытия внешним армированием на основе применения углеродных лент и реализовать в машинном зале ГЭС. Материалы и методы. В качестве объекта исследований представлено железобетонное перекрытие машинного зала ГЭС, которое в течение эксплуатационного периода времени подвергалось действию внешних нагрузок, а также непроектных нагрузок. Зафиксированное обследованиями трещинообразование и прогибы привели к необходимости проведения экспериментальных исследований в натурных условиях, в том числе с использованием груза массой 150 кН. Определялись напряжения в рабочей металлической растянутой арматуре до и после устройства внешнего армирования углеродными лентами FibArmTape-530/300. Также определялось напряжение в углеродных лентах. Эксперименты моделей фрагментов растянутой зоны железобетонного перекрытия проводились в лабораторных условиях с целью определения эффективности усиления по новому методу устройства углеродных лент на бетонную поверхность. Данные эксперименты проводились с применением разрывной машины на действие растяжения и подтвердили положительный эффект применения нового метода устройства углеродных лент, не допуская образования тонкодисперсной токопроводящей пыли в условиях работающих электроустановок машинных залов ГЭС. При этом получена необходимая прочность усиленных конструкций. С целью определения сформировавшегося напряженно-деформированного состояния железобетонного перекрытия машинного зала были выполнены расчетные исследования с учетом выявленного характера трещинообразования. Определялись напряжения в растянутой рабочей арматуре при различных нагрузках до и после усиления, а также напряжения в углеродных лентах. С использованием выполненных расчетов предложена принципиальная схема усиления железобетонного перекрытия – шаг углеродных лент и количество слоев композитного материала. Результаты. Из результатов экспериментальных исследований моделей фрагментов растянутой зоны железобетонного перекрытия, имеющих характеристики гидротехнических сооружений (бетон класса В15 и В25, низкий коэффициент армирования μs = 0,00445÷0,00692), следует, что получено увеличение прочности в 1,62-1,96 раза усиленных по новому методу (применительно к ГЭС) устройства композицитных углеродных лент на бетонную поверхность. В результате усиления железобетонного перекрытия внешним армированием по новому методу (применительно к ГЭС) устройства углеродных лент в результате экспериментальных исследований в машинном зале здания ГЭС установлено перераспределение напряжений между металлической рабочей арматурой и углеродными лентами, которые включались в совместную с перекрытием работу с образованием в лентах растягивающих напряжений. При нагрузке на усиленное перекрытие в 150 кН растягивающие напряжения в металлической арматуре снизились в 1,8–2,9 раза (направления вдоль потока и поперек потока) с образованием практически эквивалентных напряжений в углеродных лентах внешнего армирования. С целью расчетной оценки изменения напряженно-деформированного состояния перекрытия машинного зала здания ГЭС (с трещинообразованием, с непроектным в ряде мест опиранием при действии непроектных нагрузок) при выполнении усиления внешним армированием углеродными лентами разработана и применена пространственная конечно-элементная модель. Проведенными расчетными исследованиями определен необходимый (с точки зрения обеспечения прочности перекрытия) шаг углеродных лент и количество слоев композитного углеродного материала.
Бесплатно
Статья научная
Коллоидные системы в виде эмульсий или суспензий нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, в том числе в отрасли разработки нефтегазовых месторождений. Обратные эмульсии и суспензии активно применяются в процессах разработки месторождений, включая такие направления, как увеличение нефтеотдачи пластов, интенсификация добычи нефти, строительство и подземный ремонт скважин. В данной статье представлены результаты лабораторных экспериментов по исследованию физических свойств гетерогенных систем двух типов: эмульсионная система с наночастицами; эмульсионно-суспензионная система с наночастицами. Данные коллоидные системы обладают уникальными физико-химическими свойствами и могут быть эффективно применимы в процессах разработки месторождений в качестве водоограничивающего или блокирующего агентов обратимого действия. В рамках проведенных лабораторных экспериментов произведена оценка влияния новых систем на фильтрационные характеристики моделей трещин гидравлического разрыва пласта...
Бесплатно
Экспериментальное исследование вязкостных свойств эмульсионных систем с содержанием наночастиц SiO2
Статья научная
При наращивании объемов добычи нефти в условиях применения интенсивных систем разработки с применением поддержания пластового давления закачкой воды в пласты недропользователи сталкиваются с проблемой прорыва вытесняющего агента по более проницаемым интервалам пластов, что приводит к резкому обводнению продукции добывающего фонда скважин и снижению экономической эффективности эксплуатации скважин. В настоящее время специалистами отрасли предложены более сотни технологий ограничения притоков пластовых вод и вытесняющего агента к забоям добывающих скважин. Технологии ограничения водопритоков различаются по виду применяемых химических составов и способам их доставки в пласт. При этом анализ химических составов, применяемых для ограничения водопритоков, позволил выявить общую особенность. Эта особенность заключается в том, что применяемые химические составы являются неселективными и оказывают изолирующее или блокирующее действие как на водонасыщенные, так и на нефтенасыщенные интервалы пластов. Применение неселективных высокостабильных химических составов приводит к неконтролируемой кольматации всех обрабатываемых интервалов и дополнительным трудностям вовлечения обработанных интервалов в процесс фильтрации. В статье представлена технология интенсификации добычи нефти с применением эмульсионных систем с наночастицами SiO2 и загущенных кислотных составов. Технология разработана для селективного воздействия на призабойную зону пласта (ПЗП), которое обеспечивается блокировкой водонасыщенных интервалов и стимуляцией менее проницаемых нефтенасыщенных интервалов в ПЗП. Представлены результаты комплекса лабораторных экспериментов по исследованию вязкостных свойств эмульсионных систем с содержанием наночастиц SiO2. По результатам лабораторных исследований выявлена способность наночастиц SiO2 увеличивать динамическую вязкость эмульсионных систем прямого и обратного типа. Тесты на термостабильность модифицированных эмульсионных систем показали устойчивость систем при температуре 80°C. При этом модифицированные наночастицами SiO2 эмульсионные системы сохранили способность к значительному снижению вязкости при реакции с углеводородами, т.е. являются селективными составами для ограничения водопритоков.
Бесплатно
Экспериментальное исследование стабильности эмульсионных систем с содержанием наночастиц SiO2
Статья научная
С начала 21-го века научные исследования в области изучения свойств наноразмерных частиц и их промышленного применения в области разработки нефтяных и газовых месторождений получили стремительное развитие. Потенциал значительного увеличения эффективности технологических решений посредством применения наноразмерных частиц определяет данное направление одним из наиболее актуальных и перспективных на сегодняшний день. одним из основных направлений применения наночастиц в области разработки нефтяных и газовых месторождений является разработка высокоэффективных технологических жидкостей с новыми или усовершенствованными физико-химическими свойствами. Способность наночастиц модифицировать смачиваемость поверхности горных пород и закрепляться на адсорбционно-сольватных слоях глобул делает их уникальным средством для регулирования физико-химических свойств технологических жидкостей и геолого-физических свойств горных пород. В статье раскрыты результаты нового этапа исследований физических свойств эмульсионных систем с содержанием наночастиц двуокиси кремния (Sio2), проводимых в рамках международного проекта «разработка и внедрение водоограничивающих составов на основе применения наночастиц двуокиси кремния». Представлены результаты сравнительных испытаний стабильности классических эмульсий прямого и обратного типов и эмульсионных систем, модифицированных наночастицами двуокиси кремния с различным характером смачиваемости (гидрофильные или гидрофобные). По результатам сравнительных испытаний определено, что термостабильность большинства образцов модифицированных эмульсионных систем с содержанием гидрофильных или гидрофобных наночастиц двуокиси кремния превышает термостабильность классических эмульсий более, чем на 100%. В ходе сравнительных исследований проведены следующие виды экспериментов: измерение агрегативной устойчивости, электростабильности и термостабильности образцов. Статья является продолжением комплекса научно-исследовательских работ, представленных в статье [1].
Бесплатно
Экспериментальные исследования волнового воздействия на суспензию монтмориллонитовой глины
Статья научная
В работе приведены результаты комплексных исследований влияния волновых технологий на физико-механические свойства тонкодисперсных монтмориллонитовых суспензий в лабораторных условиях Научного Центра нелинейной волновой механики и технологии РАН (НЦ НВМТ ИМАШ РАН). Показано, что в результате волновой обработки проточными гидродинамиче- скими генераторами вихревого типа с тангенциальными и радиальными ка- налами и генераторами плоского типа с цилиндрическими телами обтекания динамическое напряжение сдвига существенно увеличилось, количество ча- стиц раствора размером 1–2 мкм выросло в 2,5 раза. Это означает, что вол- новая обработка глинистой суспензии приводит к повышению коллоидной фракции, а следовательно, и к повышению качества суспензии, к снижению расхода глинопорошка, а также к уменьшению в несколько раз времени при- готовления по сравнению с традиционной технологией. Показано, что основ- ной вклад в достижение высокой эффективности волновой обработки вносят нелинейные волновые и кавитационные процессы, протекающие в проточной части гидродинамических генераторов.
Бесплатно
Статья научная
Предметом исследования является процесс извлечения нефти из залежей каширо-подольского возраста Волго-Уральской нефтегазоносной провинции. Особенностями объектов являются: • низкие коллекторские свойства пластов; • высокая геологическая неоднородность по различным параметрам; • запечатанность залежей вблизи поверхности водо-нефтяного контакта; • наличие различной степени трещиноватости и кавернозности; • широкие диапазоны изменения значений геолого-физических и физикохимических свойств пластов и насыщающих их флюидов; • линзовидное строение пород-коллекторов. В этих условиях часто разработка залежей сопровождается: • интенсивным снижением пластового давления при отсутствии закачки в пласт воды; • низкими начальными дебитами нефти скважин и последующим их существенным снижением в течение довольно незначительного периода времени как ввиду падения пластового давления, так и ввиду быстрого прорыва воды либо по литологическим окнам, либо по существующим трещинам; • частым отсутствием эффекта от использования закачки в пласт воды в виде увеличения дебитов в добывающих скважинах, что является причиной низкой степени выработки запасов, сложности применения вторичных и третичных методов повышения коэффициента использования нефти, высокой себестоимости добываемой продукции. Значительные ресурсы этих объектов с трудноизвлекаемыми запасами нефти позволяют рассматривать их как существенный резерв в добыче углеводородного сырья. При этом важно оценить необходимость стимулирования ввода в разработку этих месторождений. Ключевым вопросом при этом является определение извлекаемых запасов нефти и сроков разработки при эксплуатации залежей на естественных режимах. Иа основании обобщения опыта разработки отдельных залежей нефти, находящихся длительное время в эксплуатации, предложен экспресс-метод оценки этих показателей на стадии проведения геолого-разведочных работ. Последующее проведение технико-экономических расчетов позволяет: • оценивать необходимость стимулирования ввода объектов, аналогичных исследованным по геолого-промысловой характеристике в разработку; • оценивать эффективность применения вторичных и третичных методов увеличения нефтеотдачи, в том числе и с использованием нанотехнологий; • определять стратегию разработки объектов для увеличения ресурсной базы углеводородов. Решать эти задачи предлагается дифференцированно, по различным группам однородных объектов в пределах не только Волго-Уральской, но и сопредельных нефтегазоносных провинций.
Бесплатно
Статья научная
В работе показано, что объемная пропитка бетонной матрицы при использовании гранулированного наноструктурирующего заполнителя выступает примером некоторых процессов техногенного метасоматоза - процесса замещения фаз с изменением химического состава, формирования новых парагенезисов, преобразования свойств конечного материала. Показано, что в результате пропитки модифицирующим раствором микроструктура бетона становится более плотной и однородной, поверхность зерен покрыта микро- и нанораз-мерными новообразованиями различной морфологии. Ввиду актуальности направления, связанного с разработкой новых заполнителей легких бетонов и модификации традиционных, предлагается использование гранулированного наноструктурирующего заполнителя для реализации эпикристализационно-го модифицирования легких бетонов на основе неорганических вяжущих. Это позволяет создать макропористую структуру композита с одновременной модификацией матрицы на нано- и микроуровне. Также ввиду увеличения объемов исследований в области щелочеактивированных силикатных и алюмосиликатных систем для применения как в самостоятельном виде, так и в качестве модификаторов, в том числе для повышения гидрофобности строительных материалов, показана возможность создания мелкозернистого бетона с пониженным водопоглощением путем введения в состав гранулированного наноструктурирующего заполнителя гидрофобизирующей добавки. При тепловлажностной обработке в ядре гранулированного заполнителя формируются флюиды из растворов полисиликатов натрия с гидрофобизирующей добавкой, происходит их миграция через оболочку гранул и распределение в объеме бетонной матрицы. Улучшение эксплуатационных характеристик представленных строительных композитов различного функционального назначения обусловлено инфиль-трационным метасоматическим преобразованием кристаллической матрицы активированными функциональными системами, полученными при термической активации гранулированного наноструктурирующего заполнителя.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье описывается возможность использования комплексных полифункциональных добавок строительного назначения на основе углеродных нанотрубок и цеолитов (синтетических и природных). Синтез УНТ проводили методом каталитического пиролиза CVD. Направленный синтез в структуре цеолита осуществлялся за счет пропитки исходных веществ раствором прекурсоров на основе катализатора синтеза УНТ. Экспериментальные исследования были направлены на изучение влияния наномодифицирующей добавки на физико-механические характеристики строительного композита. Полученные данные позволили выдвинуть предположение, что при выбран ных условиях модифицирования строительного материала, цеолит, попадая в структуру бетона, будет выполнять роль не только минеральной добавки, но и материала-носителя УНТ, что позволит равномерно распределить углеродные наночастицы в матрице строительного композита, с другой стороны адсорбционные свойства цеолита будут усилены за счет наличия в структуре углеродных элементов. Структуры наномодифицирующих цеолитов и полученного строительного композита оценивались методом электронной сканирующей микроскопии (СЭМ). Электронные микрофотографии исследуемых объектов позволили объяснить процессы формирования структуры бетона, наномодифицированного комплексной полифункциональной добавкой на основе синтетического и природного цеолита и углеродного наноматериала.
Бесплатно
