Системные решения технологических проблем. Рубрика в журнале - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Статья научная
Introduction. Recent years have seen a pressing need to dispose of municipal solid waste due to rapid urbanization. The municipal solid waste incineration fly ash (MSWIFA) produced from solid waste incineration power plant exhibits pozzolanic properties and poses concern of toxicity leaching when used directly as building materials. This paper presents an alkali-activation method to produce sustainable alkali-activated MSWIFA materials (AAFMs) with various MSWIFA dosages and investigate the corresponding fabrication and performance. Materials and Methods. Composited alkali activators activate the MSWIFA with constant alkalinity of 5% and the molar ratio of Si/Na = 0.86. The resulting geopolymers' bulk densities, mineral composites, morphology, and compression strength are thoroughly examined. Results and discussions. Results show that the use of MSWIFA may lead to more loose structures because the bubbles are generated from metallic aluminum and alkali activators. Additionally, the production of multiple crystals also accounts for increasing porosity. The generated multi-crystals such as Sylvite, Halite, Hydrocalumite, Calcium Hydroxide, and Ettringite are further detected from the morphology and mineral analysis. Furthermore, compression tests and toxicity characteristic leaching procedures (TCLP) are conducted to investigate the mechanical performance and heavy metals solidification performance of AAFMs, with an optimal compression strength of 19.99MPa at 28 days for AAFM-10 while toxicity leaching is subject to regularity limits. Conclusions. This study shows that great potential of using the alkali-activation method to recycle hazardous municipal solid fly ash into construction materials with both ecological safety and high performance.
Бесплатно
Статья научная
Введение. На предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности одним из видов отходов производства является активный ил. В рамках рационального использования природных ресурсов и вторичного использования отходов благодаря своему составу активный ил при определенных технологических решениях возможно использовать для производства наноудобрений, поскольку он уже является основой для создания различных почвогрунтов и биопрепаратов. Однако иногда в составе активного ила могут содержаться токсичные соединения, тяжелые металлы, которые могут оказать отрицательное влияние на плодородие почвы и жизненное состояние растений, в связи с чем целью наших исследований явилось изучение влияния внесения активного ила в качестве основы наноудобрения на содержание тяжелых металлов в подзолистой почве различного гранулометрического состава, находящейся в сельскохозяйственном использовании. Методы и материалы. Исследования проводились в условиях модельного опыта в вегетационных сосудах. Использовали подзолистую почву различного гранулометрического состава (глинистую, суглинистую, песчаную) и отход целлюлозно-бумажной промышленности - активный ил в концентрациях 1; 2,5; 5 и 10% от веса сухой почвы. Определение валового содержания тяжелых металлов проводили атомно-абсорбционным методом с измерением на спектрофотометре АА-7000 (Shimadzu, Япония), подвижных форм - с использованием ацетатно-аммонийного буферного раствора методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Результаты и обсуждение. В работе приводятся результаты исследований по изучению изменения подвижных и валовых форм тяжелых металлов в подзолистой почве различного гранулометрического состава при внесении активного ила в качестве основы органического наноудобрения в условиях модельного опыта. Заключение. Показано, что содержание подвижных и валовых форм изученных металлов (Fe, Mn, Cu, Zn, Ti, Al, Ni, Co, Cr, Cd и Mo) находилось в пределах принятых санитарно-гигиенических нормативов, за исключением валовой формы Cd, где максимальное превышение составило 2,5 ПДК.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Хозяйственно-экономическая деятельность человека влечет за собой экологический, экономический и социальный ущерб, причиняемый окружающей среды. Производство продукции или услуг связано с потреблением природных ресурсов и выбросами, отрицательно влияющими на экологическое состояние. В настоящее время остро стоит проблема негативного воздействия человека на природную среду и представляет собой основной источник ухудшения здоровья живых существ. В современных условиях обеспечение химической безопасности относится к приоритетным задачам социально-экономического развития. Для защиты окружающей среды важно принять соответствующие меры и разработать надлежащие механизмы содействия устойчивому развитию. С этой целью требуется оценка эколого-экономического ущерба от деятельности человека. Материалы и методы. В работе для эколого-экономической оценки влияния на окружающую среду новых экологически безопасных биоразлагаемых добавок для поливинилхлорида на основе адипиновой кислоты использована методика определения предотвращенного экологического ущерба, утвержденная председателем Государственного комитета Российской Федерации по охране окружающей среды. Результаты и обсуждение. Полимерные материалы как наиболее востребованные и широко распространенные вносят значительный вклад в ухудшение экологической ситуации. В связи с этим рассчитаны основные величины предотвращенного экологического ущерба от деградации почв при использовании новых экологически безопасных добавок для ПВХ на основе адипиновой кислоты. Заключение. Введение в состав разработанных добавок обеспечивает экономическую и экологическую эффективность с целью ускорения биоразложения полимерных композиционных материалов, защищает от химического загрязнения опасными токсичными соединениями и способствует предотвращению деградации почв.
Бесплатно
Статья научная
Опыт бурения показывает, что использование современного бурового оборудования не всегда обеспечивает высокое качество строительства скважин в разрезах, представленных глинистыми породами. Это, возможно, связано с тем, что при выборе и применении буровых растворов не учитываются различия в свойствах вскрываемых глин, а свойства буровых растворов подбираются без учета особенностей взаимодействия с горными породами. Многие осложнения и аварии при строительстве скважин в регионах Западной Сибири обусловлены наличием в геологическом разрезе, вскрываемом в одно долбление, как высококоллоидальных увлажненных глин, хорошо гидратирующихся и набухающих при контакте с буровым раствором, так и микротрещиноватых аргиллитов, склонных к осыпям и обвалам, что приводит к отклонению параметров бурового раствора от заданных значений, сальникообразованию, снижению механической скорости бурения, нарушению устойчивости ствола, снижению коммерческой скорости строительства скважин. Необходима разработка рецептуры высокоэффективного ингибирующего бурового раствора, применение которого позволит увеличить механическую скорость бурения, повысить устойчивость ствола, снизить кавернозность, повысить техникоэкономические показатели строительства скважин в сложных горно-геологических условиях, в том числе с большим отклонением от вертикали.
Бесплатно
Системное решение технологических проблем заканчивания строительства скважин
Статья научная
В работе освещены факторы, нарушающие технологию крепления при строительстве скважин, обобщены показатели и проблемы качества цементирования обсадных колонн. На основе рассмотрения термодинамических процессов цементирования обсадных колонн показано, что проблемы низкого качества крепления связаны с необратимыми процессами деструкции исходных свойств тампонажного раствора-камня, характерными для традиционных технологий бессистемного характера. Альтернативой традиционным технологиям предлагается технология, основанная на системных принципах, включающая комплекс мультитехнологий гидромеханического упрочнения ствола скважин. Комплекс исключает возникновение различных осложнений (поглощения интенсивностью до 40 м3/ч, газонефтеводопроявления, фонтаны, выбросы, неустойчивость и гидроразрыв горных пород) при строительстве нефтяных и газовых скважин в различных по сложности геолого-технических условиях. В статье отмечены преимущества комплекса мультитехнологий перед традиционными методами заканчивания скважин. В процессе эксплуатации скважин комплекс мультитехнологий предупреждает появление заколонных флюидопроявлений и межпластовых перетоков. Скважины, вводимые из бурения, характеризуются более высокими дебитами и пониженной более, чем в два раза, обводненностью добываемой продукции, что обеспечивает нелинейное повышение коэффициента извлечения нефти.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Использование модифицирующих нанодобавок при производстве вяжущих стройматериалов является одним из наиболее эффективных способов управления технологическими параметрами бетонов с помощью качественного управления надежностью реологических характеристик. Пластифицирующие добавки повышают водоудерживающую способность строительных композиций, что ведет к устойчивости дисперсных наносистем. Данная статья нацелена на рассмотрение физико-химических механизмов супрамолекулярного воздействия поликарбоксилатных эфиров на технологические и реологические характеристики цементных нановяжущих. Методы и материалы. Рассмотрены процессы управляемого твердения бетонных нанокомпозиций с востребованными технологическими характеристиками в присутствии высокоэффективных пластификаторов. Проанализированы инновационные тренды регулирования консистенции строительных нанокомпозитов с использованием новых гребнеобразных поликарбоксилатных эфиров, которые в качестве суперпластификаторов позволяют целенаправленно воздействовать на кинетику структурообразования цементных нановяжущих. Результаты. Электростатические и стерические механизмы отталкивания, а также диспергирующие эффекты инновационных и традиционных пластифицирующих нанодобавок влияют на адсорбционные и диффузионные слои ультраструктуры гидратированных цементных нановяжущих. Наиболее эффективные пластифицирующие свойства проявляют гребнеобразные поликарбоксилатные эфиры (ГПЭ) с молекулярной массой линейной цепи = 12000 г/моль и длиной боковых ответвлений (соответствующих молекулярной массе = 750 г/моль). Супрамолекулярный механизм наностерических Ван-дер-Ваальсовых сил отталкивания начинают обнаруживаться на расстоянии = 11 нм, а эластичность боковых ответвлений инновационных ГПЭ - = 5 нм. Отдельные сегменты макромолекул ГПЭ выходят в диффузный слой дисперсных наносистем; за счет латеральных взаимодействий анионов функциональных групп, гидрофобных фрагментов и т.п. усиливают пластифицирующий эффект цементных вяжущих в бетонных нанокомпозициях. Обсуждение. При использовании суперпластифующих ГПЭ за счет уменьшения количества массы воды к соотношению массы цемента до оптимального 0,3 можно увеличить плотность бетонных нанокомпозитов; при этом сохраняется технологичная перекачиваемость и управление надежностью кинетики совместного твердения с наполнителями в рамках концепции системных решений технологических проблем. Супрамолекулярное взаимодействие «якорных» функциональных групп полиакриловой кислоты с катионами твердой фазы цементных микрочастиц, фрактальных кластеров гидросиликатов кальция и одновременная стерическая стабилизация полиэтиленгликольными радикалами придают необходимые реологические характеристики строительным нанокомпозициям и позволяют конструировать высокопрочные 55+80 МПа стройматериалы. Заключение. Разветвленная гребнеобразная наноструктура поликарбоксилатных эфиров проявляет эффективные технологичные характеристики суперпластификаторов для бетона, строительных растворов и сухих строительных смесей.
Бесплатно
Статья научная
Физико-химические процессы структурообразования в нанокомпозитных стройматериалах сопряжены с трансформациями вяжущих матриц и армирующих компонентов. Работоспособность строительных композитов в проектируемых сооружениях зависит от точного выбора исходных компонентов: нановяжущих, наполнителей (заполнителей) и технологии изготовления. Повышение коррозионной стойкости стройматериалов обеспечивается оптимальным подбором нановяжущих и заполнителей, увеличением плотности и обработкой поверхностного слоя конструкции защитными покрытиями. Возможности изготовления нанокомпозитов на основе различных сырьевых компонентов: нановяжущих (гипсовых, цементных, битумных, полимерных и т.д.) и включения различных дисперсных фаз (нанонаполнителей, природных и техно- генных заполнителей) расширяет разнообразие строительных композиционных материалов. Синергетический динамизм возникновения пространственной упорядоченности наноструктур при структурообразовании вяжущих корректно демонстрирует фрактальная концепция. Фрактальные наноструктуры вяжущих с шероховатой поверхностью образуются по механизму диффузионно-лимитированной агрегации.
Бесплатно
Цифровой двойник здания как основа применения нанотехнологий в строительстве
Статья научная
Введение. Целью проведенного исследования является анализ возможностей, которые предоставляет система «цифровой город», и перспектив применения нанотехнологий. Задачей проведенного исследования является определение возможности цифровизации в управлении городом и порядка принятия более обоснованных решений касательно эксплуатации недвижимости. Возможности практического применения результатов исследования обусловлены целесообразностью внедрения авторского подхода к анализу работы городских систем вообще и «умного дома», в частности. Методы и материалы. В статье с использованием методов технологий «цифровых двойников» рассмотрено понятие «цифрового двойника здания», его функции, составляющие, особенности построения и работы; охарактеризовано понятие цифровизации, а также механизмы внедрения инноваций в жизнь городов; показано, что «цифровой город» включает разнообразные инновационные технологии: интернет вещей, искусственный интеллект, аналитику данных, облачные вычисления и т.д. Технологии, которые использует «цифровой город», не только собирают данные о жизни города, но используют эти данные для управления электроснабжением, сбором отходов, обеспечением безопасности людей, а также, как будет понятно из статьи, транспортной системы. Обсуждение. Цифровизация в управлении городом помогает создать более удобную и устойчивую городскую среду, к чему стремятся правительства многих стран. Внедрение сенсоров, датчиков, анализ полученных с них данных дает возможность улучшить качество жизни горожан и повысить эффективность использования ресурсов. Как приятный «бонус», все это позволяет сделать среду жизни граждан более экологичной, решить вопрос, который стал «зубной болью» многих правительств, вопрос экологизации существования людей в городе. Ведь снижение количества пробок автоматически снижает и количество выбросов углекислого газа в воздух, а включение городского освещения по сигналу от сенсора дает экономию электричества из-за снижения количества потребленных киловатт, потому что лампочки не горят зря. Для устранения данных проблем предлагается использование нанотехнологий, что позволит придавать обычным строительным материалам новые уникальные свойства. Появление нанотехнологий и их применение может решить проблему энергосбережения в строительной области. Кроме того, нанотехнологии не только позволяют получать новые продукты с уникальными свойствами, но и повышают эффективность используемых материалов в строительстве. В данной связи ключевым вопросом для определения места применения нанотехнологий является изыскание их возможностей встраивания в систему цифровизации управления городом, которая итак уже имеет применение множества инноваций и новых технологий, которые помогают оптимизировать работу городских служб и повышать качество жизни горожан.
Бесплатно
