Строительное материаловедение. Рубрика в журнале - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Study of the kinetics structure formation of cement dispersed systems. Part II
Статья научная
Introduction. The study of the kinetics structure formation is rarely the subject of a careful study. Although it is important for materials used to create elements of building structures, energy elements, thermoelements and materials for other purposes. The article proposes refinements of the methodology for determining the parameters of the kinetics structure formation of cement composites, including modified compositions. Methods and materials. The structure formation of cement systems with plasticizers, microsized mineral additives (hydrosilicates of barium, copper, iron and zinc) and nanosized particles of zinc hydrosilicates has been studied. Results and discussion. It is proposed to single out two stages of initial structure formation: the stage of setting the cement paste and the stage of hardening. It was found that the strength of the material at the stage of hardening should be influenced by an additional factor, depending on the type of the introduced substance. A strong negative relationship between the parameters α and n of the equation R(t) = Rmax(1–eatn) at the hardening stage was confirmed. The trends identified at the setting stage also demonstrated, namely: an increase in the rate of structure formation leading to the formation of a less dense structure. Conclusions. An analysis of the change in the value of the internal dimension of the system during the transition from the stage of setting to the stage of hardening made it possible to identify two trajectories of the system development. The first trajectory appears only by combining the elements of the structure (trajectory No. 1). Preservation of the characteristic dimensions of structural elements, but an increase in the proportion of elements with small dimensions (when the conditions that prevent the combination of elements of the structure are realized) describes the second trajectory (trajectory No. 2). The implementation of trajectory No. 2 is typical for compositions which the structure formation of cement stone is carried out in the presence of Melment F15G plasticizer or microsized particles of copper or zinc. For other studied compositions, structure formation is proceeding with the enlargement of structural elements.
Бесплатно
Study of the kinetics structure formation of cement dispersed systems. Part i
Статья научная
Introduction. The study of the kinetics structure formation is rarely the subject of a careful study. Although it is important for materials used to create elements of building structures, energy elements, thermoelements and materials for other purposes. The article proposes refinements of the methodology for determining the parameters of the kinetics structure formation of cement composites, including modified compositions. Methods and materials. The structure formation of cement systems with plasticizers, microsized mineral additives (hydrosilicates of barium, copper and zinc) and nanosized particles of zinc hydrosilicates has been studied. Results and discussion. It is proposed to single out two stages of initial structure formation: the stage of setting the cement paste and the stage of hardening. The selection of the setting stage is connected with the natural laws of the development of natural systems, namely, the initial formation of a structural grid obeys an exponential law. Moment of time when a deviation from this law is observed is the time of occurrence of spatial and/or prescription difficulties that hinder the exponential development of the system. Conclusions. A strong negative relationship between the parameters φ and β of the equation H(t) = a exp(φtβ) has been established. These parameters characterize the rate of structure formation at the setting stage (parameter φ) and the density of the structure (parameter β or the internal dimension Di, 0 associated with it). The presence of such a negative relationship indicates the inadvisability of accelerating the processes of structure formation at the stage of setting. This is supported by a strong positive relationship between the period of initial structure formation t0,s1 and the strength of the material R28
Бесплатно
Антиобледенительное покрытие на основе силиконовой смолы Silres® MSE100
Статья научная
Введение. Исследование направлено на получение антиобледенительного покрытия для строительных конструкций путем создания гидрофобного поверхностного слоя, которое регулируется поверхностной энергией и топографией поверхности. Материалы и методы. В работе применяли акриловые смолы А-01 и DEGALAN®, высокохлорированную полиэтиленовую смолу HCPE и силиконовую смолу SILRES® MSE 100. В качестве наполнителя применяли наночастицы аэросила марки R 972. Антиобледенительные свойства покрытия оценивали по краевому углу смачивания капли воды с покрытием, статическому и динамическому углу смачивания, гистерезису смачивания, адгезии льда к супергидрофобной поверхности. Результаты и обсуждения. Выявлено, что покрытия на основе акриловых смол А-01, DEGALAN®, высокохлорированной полиэтиленовой смолы HCPE и силиконовой смолы SILRES® MSE100 20%-ной концентрации не обеспечивают супергидрофобных свойств. Супергидрофобный эффект сохранили покрытия на основе силиконовой смолы SILRES® MSE100 5% и 10%-ной концентрации. Сила отрыва капли с покрытия на основе силиконовой смолы SILRES® MSE100 10%-ной концентрации в 3 раза меньше, что обеспечивает более легкое скатывание капли воды с поверхности и ее антиобледенительные свойства. Количество льда на необработанной поверхности составляет 0,59кг/м2, а на поверхности, обработанной составом на основе силиконовой смолы SILRES® MSE100, 0,15кг/м2. Выводы. Разработан состав антиобледенительного покрытия на основе силиконовой смолы SILRES® MSE100. Предлагаемый состав образует покрытие, характеризующееся антиобледенительными свойствами, сохраняющимися в процессе эксплуатации.
Бесплатно
Варианты введения тонкодисперсной добавки на основе системы TiO2-Bi2O3 в цементные композиции
Статья научная
Введение. Модифицирование тонкодисперсными и нанодобавками традиционных материалов на основе минеральных вяжущих является актуальным путем для создания новых функциональных строительных материалов с набором уникальных характеристик. Однако основной трудностью в данном процессе является способ введения тонкодисперсного компонента в объем цементной матрицы и равномерность его распределения: именно однородное распределение частиц добавки в цементном композите способствует повышению физико-механических характеристик, интенсифицирует гидратацию минералов цементного клинкера, приводит к получению более прочной и плотной структуры цементного камня. К основным способам введения добавок в состав цемента можно отнести совместный помол, сухое смешивание перед затворением цементного порошка водой, введение стабилизированной суспензии добавки вместо воды затворения. Таким образом, целью настоящей работы было сравнение вариантов введения добавок на основе системы TiO2-Bi2O3, способной придать цементному композиту улучшенные физико-механические и структурные характеристики и способность к сопротивлению обрастанию плесневыми грибами. Объект исследования цементные композиции, модифицированные добавкой на основе системы TiO2-Bi2O3, полученные по различным методикам.
Бесплатно
Влияние нанофибриллярной целлюлозы на кинетику схватывания цементного теста
Статья научная
Введение. В статье рассматривается вопрос влияния нанофибриллярной целлюлозы (НФЦ) на процесс схватывания цементного теста в первые часы от затворения. Приведено краткое обоснование актуальности темы исследования. Отмечено, что в последние годы большой научный и практический интерес вызывают вопросы модификации цементных материалов наноразмерными добавками. НФЦ рассматривается в качестве такой добавки недавно, и в настоящее время осуществляется активный поиск возможных эффектов от ее использования в цементных системах. Целью работы является изучение влияния НФЦ на кинетику схватывания цементного теста в первые часы от затворения.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Уникальное сочетание реотехнологических свойств и механических показателей обусловливает перспективы применения самоуплотняющихся и высокопрочных бетонов для изготовления базовых элементов станков и промышленного оборудования. Исследованы процессы адсорбции современных пластификаторов на ряде минеральных и полимерных модификаторов бетонной смеси. Степень совместимости нанои микромасштабных минеральных добавок в составах композиционных цементных вяжущих определялась методом калориметрии с использованием полуадиабатической установки усовершенствованной конструкции. Материалы и методы. Цементные вяжущие портландцемент ЦЕМ 0 52,5Н (ООО «Азия Цемент», Россия), Nanodur (Германия, Dyckerhoff GmbH); гиперпластификаторы Melflux 1641F, 2651F, 5581F (Германия), PCE TR-6088 (КНР), Sika ViscoCrete 240 HE Plus и 226-P (РФ); суперабсорбирующий полимер; нанои микромасштабные минеральные добавки микрокремнезем МК-85, метакаолин ВМК-45, микрокальцит ММ-315, маршалит Silverbond 15 EW, молотые кремнеземсодержащие породы. Использованы методы селективного растворения, дифференциально-термического анализа, лазерной гранулометрии и полуадиабатической калориметрии. Результаты и обсуждение. Качество ультрадисперсных минеральных добавок определяет их способность химически связывать портландит за счет проявления пуццоланических свойств. Из исследованного ряда максимальную пуццолановую активность проявляют микрокремнезем и опока. Термическая активация эффективна в отношении компонентов, состоящих из кристаллического кремнезема (маршалит, молотый кварцевый песок): в результате обработки рост показателей составил 25%. Установлено отсутствие избирательной адсорбции молекул гиперпластификатора суперабсорбирующими модификаторами составов на основе полиакрилата натрия. Из минеральных добавок высокую адсорбцию к гиперпластификаторам проявляют метакаолин и трепел. Экспресс-оценка влияния рецептурных факторов на твердение цементных композитов апробирована на усовершенствованном варианте полуадиабатического калориметра. Выводы. Установлено, что наличие в составе композиционного цементного вяжущего микромасштабных минеральных добавок на основе микрокремнезема обеспечивает возможность выработки на его основе высокофункциональных бетонов, адаптированных под станкостроение. Исследование пуццолановой активности, адсорбционной способности и характера кумулятивных кривых тепловыделения показало целесообразность замены микрокремнезема на метакаолин, а также перспективность его частичного микширования тонкомолотой природной опокой. Анализ тепловых эффектов, сопровождающих процессы гидратации системы «цемент добавка вода», с помощью термосных калориметров позволяет повысить оперативность исследований совместимости добавок в составах высокофункционального бетона.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Одной из причин разрушения покрытия ограждающих конструкций является образование конденсата на границе ограждения и отделочного слоя. В результате внешних воздействий и замерзания влаги в порах штукатурного покрытия образуется сеть мелких трещин, а также возможно отслоение отделочного слоя. Для проверки этой гипотезы обследованы фасады трех разных зданий. Установлено, что все исследуемые штукатурные покрытия изготовлены на основе цементного раствора. Также известно, что известковая смесь используется реже в связи с отсутствием достаточной стойкости к воздействиям влаги. Поэтому возникает необходимость повысить стойкость покрытий на основе известковых составов. Этого можно добиться путем введения в нее модифицирующей добавки на основе алюмосиликата. Материалы и методы. Для синтеза добавки применялись жидкое натриевое стекло, пудра алюминиевая ПАП-1 и дистиллированная вода. Для приготовления образцов для испытаний использовали гашеную известь (пушонка) активностью 84%. Для анализа гранулометрического состава добавки применяли Fritsch particle sizer Analysette 22. Прочность при сжатии определялась на образцах размером 20x20x20 мм. В качестве испытательного оборудования для исследования прочности при сжатии образцов использовалась испытательная машина типа «ИР 5057-50». Анализ реологических свойств определялся по уравнению Шведова-Бингама. Для исследования пластической прочности (предельного напряжения сдвига) отделочной смеси применялся конический пластометр КП-3. Пластическая вязкость состава определялась с помощью ротационного вискозиметра BCH-3. Результаты и обсуждения. Синтезируемая добавка представляет собой легкий порошок светло-серого цвета с насыпной плотностью 0,55 ± 0,05 г/см3. В синтезируемой добавке выявлено высокое содержание оксидов Al2O3, SiO2, Na2O, составляющее соответственно 51,03%, 36,36%, 11,89%. Добавка состоит из частиц 100,0-200,0 мкм, составляющих более 20% от общего состава. Исследовалось влияние алюмосиликатной добавки на известковом вяжущем на реологические свойства, выявлено незначительное увеличение статического напряжения сдвига соответственно увеличению процентного содержания добавки. Значение динамического напряжения сдвига значительно увеличивается при содержании добавок более 10%. Выводы. Установлены закономерности твердения известкового вяжущего с наноструктурированной добавкой на основе аморфных алюмосиликатов, а также определено оптимальное содержание алюмосиликатной добавки в количестве 10% от массы извести.
Бесплатно
Известково-диатомитовый раствор для отделки стен зданий
Статья научная
Введение. В настоящее время при выполнении отделочных и реставрационных работ все большее предпочтение отдается сухим строительным смесям (ССС). Широкие возможности для производства сухих известково-цементных смесей открывают использование диатомита, который является одновременно и наполнителем сухих смесей, и активной минеральной добавкой. Предыдущие исследования подтвердили эффективность термической обработки диатомита. После обжига при 600-800оС активность возрастает при взаимодействии с гидратом оксида кальция. Это объясняется тем, что при 600-800оС глинистые вещества обезвоживаются до метакаолинита, который характеризуется повышенной реакционной способностью. На свойства сухих смесей и составов на их основе влияет размер частиц компонентов сухой смеси. В связи с этим особое значение имеет изучение влияния дисперсности компонентов сухой смеси на формирование структуры отделочных составов. Материалы и методы. Для изучения активных центров поверхности диатомита использовали индикаторный метод определения распределения адсорбционных центров. Определение прочности на сжатие проводили на динамометре ДОСМ-3-1 на образцах размером 3х3х3 см в возрасте 28 суток воздушно-сухого твердения составов. Определение гранулометрического состава компонентов сухой смеси проводили методом седиментационного анализа. Адсорбцию оценивали по оптической плотности, измеренной на фотоэлектрокалориметре ПЭК. Для изучения адсорбции на границе раздела «жидкость-твердое» использовали исходные компоненты сухой смеси - известь и диатомит. Результаты и обсуждения. По полученным данным установлено, что уменьшение размера частиц наполнителя сухой смеси приводит к повышению прочностных характеристик известково-диатомитовых композиций. Установлено, что введение добавки С-3 в воду способствует увеличению дисперсности гашеной извести, повышению пластичности отделочной смеси и улучшению физико-механических характеристик известково-кизельгуровых композиций. Предлагается ввести в рецептуру сухой смеси алюминия добавку сульфата. Установлено увеличение прочности на сжатие отделочного состава с добавкой сульфата алюминия в 1,5-2 раза. Выводы. Установлено, что разработанная сухая смесь по технологическим и эксплуатационным свойствам не уступает прототипу. Однако производство предлагаемого ДБМ более экономично за счет использования местного сырья и отечественных добавок.
Бесплатно
Изобретения в области наноматериалов и нанотехнологий. Часть II
Статья научная
Введение. Высокие технологии поражают воображение людей, демонстрируя все новые и новые достижения (материалы, способы, системы, технологии, устройства и др.), кардинально меняющие окружающий мир. Это, прежде всего, можно отнести к изобретениям ученых, инженеров и специалистов из разных стран в области нанотехнологий. Основная часть. В статье в реферативной форме проводится обзор изобретений ученых, инженеров и специалистов из разных стран: Германии, России, США и др. Результаты творческой деятельности ученых, инженеров и специалистов, в т.ч. и изобретения в области нанотехнологий и наноматериалов позволяют при их внедрении добиться значительного эффекта в строительстве, жилищно-коммунальном хозяйстве, смежных отраслях экономики. Например, задача, на решение которой направлено изобретение «Композиция на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств», заключается в разработке нового способа получения материалов с супергидрофобными свойствами, обладающих повышенными эксплуатационными и функциональными характеристиками, которые найдут широкое применение в различных областях: в энергетике, электронике, машиностроении, строительстве, судостроительстве, авиационной и аэрокосмической, а также пищевой промышленности. Особенностью изобретения является проявление покрытиями супергидрофобных свойств и, как следствие, при их нанесении предотвращение обледенения и загрязнения металлических изделий, например, линий электропередач, фермовых конструкций, крыш и других. Технический результат достигается с помощью использования композиции на основе оксидных наноструктур для придания поверхности супергидрофобных свойств, содержащей тетраэтоксисилан и тетраизопропилат титана как структурообразователи, гексаметилдисилазан как гидрофобный компонент, изопропиловый спирт как растворитель, несферический нанокристаллический диоксид титана с размерами частиц от 10 до 50 нм как интенсификатор процесса роста анизотропных структур для формирования определенной шероховатости покрытия. Также представляют интерес для специалистов следующие изобретения в области нанотехнологий: композиционный теплопроводящий материал на основе наножидкости, нанокомпозитный материал на основе титаната калия, способ получения нанодисперсных порошков, гибридный суперконденсатор на основе наноразмерного гидроксида никеля и др. Заключение. Одна из актуальных задач экономики любой страны - повышение конкурентоспособности промышленности за счет ее технологического переоснащения. И в этом направлении главным объектом внимания со стороны государства и компаний становятся люди или предприятия, чья основная работа связана с изобретением и внедрением новых технологий.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Для повышения эксплуатационных свойств известковых покрытий в их рецептуру вводят модифицирующие добавки. Актуальным является разработка технологии синтеза добавки, содержащей гидро- и алюмосиликаты кальция, способствующие связыванию извести и повышению стойкости известкового композита. Материалы и методы. Для приготовления добавки на основе смеси гидросиликатов и алюмосиликатов кальция применяли жидкое натриевое стекло (ГОСТ 13078), технический (очищенный) сульфат алюминия (ГОСТ 12966), негашеную известь. Пуццоланическую активность материалов определяли методом поглощения извести из известкового раствора. Результаты. Установлено, что минералогический состав добавки, полученной на 1 стадии синтеза, представлен гидросиликатами тоберморитовой группы. Минералогическим состав добавки, полученной на 2 стадии синтеза, представлен гидросиликатами тоберморитовой группы, гипсом, алюмосиликатами кальция. Размер частиц добавки составляет от 10 до 40 нм. Пуццоланическая активность добавки, полученной на первой стадии синтеза, составила 238,6 мг/г, а полученной на второй стадии синтеза, выше в 3,2 раза и составляет 762,5 мг/г. Введение в состав добавки, полученной на 2 стадии синтеза, повышает прочность при сжатии известковых композитов в 2,87 раза. Выводы. Предложено использовать в теплоизоляционных ССС модифицирующую добавку, получаемую по двустадийной технологии синтеза. Подобрана оптимальная концентрация предлагаемой модифицирующей добавки, составляющая 10% от массы извести.
Бесплатно
Исследование процесса кристаллизации влаги в кирпиче
Статья научная
Решение вопросов поведения влаги в материале ограждающих конструкций особенно при знакопеременных температурах очень важно для обеспечения правильного расчета сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции и в конечном счете создания комфортных условий проживания. Однако до настоящего времени в практике исследований характеристик материалов, применяемых в ограждающих конструкциях зданий, нет методики определения температуры кристаллизации влаги в материале, находящемся в твердой фазе. В основу исследований положен тезис, что вода, поступающая в материал ограждающей конструкции, в результате процесса гидролиза некоторых элементов, находящаяся в материале конструкции в виде оксидов и солей, представляет собой эвтектический раствор с непостоянным составом и концентрацией. Таким образом исследование процесса кристаллизации влаги переходит из области микро (при рассмотрении вопроса определения температуры кристаллизации по размерам пор материала) в область нано при исследовании эвтектического раствора при условии возможного образования гидратов. Для лабораторного исследования процесса замерзания влаги, с учетом того, что процесс замерзания и оттаивания влаги в твердом теле изучается при значительной разнице в массе жидкой и твердой фаз, разработана методика эксперимента. Методика максимально упрощена с учетом широкого применения в производственных условиях. Простота методики получения экспериментальных результатов компенсируется разработанным математическим аппаратом обработки результатов исследований. Математическое решение задачи основано на сравнении поведения кривых замерзания образца в сухом и насыщенном влагой образцах. Разработанный метод позволил кроме температуры замерзания влаги получить дополнительные характеристики состояния влаги, такие как количество незамерзшей влаги в материале конструкции, температура переохлаждения, теплоемкость влаги в жидком и твердом состояниях,концентрация растворенных веществ. Знание концентрации растворенных веществ в материале, даже при условии отсутствия точного состава этих веществ, позволит управлять температурой замерзания влаги на уровне нанотехнологий.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В данной статье приведены результаты исследования влияния комплексной добавки на основе глиоксаля на свойства цементной пенобетонной смеси и пенобетона естественного твердения. Актуальность данной статьи представлена необходимостью обеспечения требуемых технологических параметров смеси для транспортирования и укладки в форму, а также обеспечения прочностных теплофизических характеристик стеновых конструкций для развития северных регионов России, в том числе Арктической зоны. Авторами было предложено снизить усадочные деформации в пенобетонной смеси и повысить прочность на сжатие затвердевшего пенобетона путем введения в цементную матрицу комплексной добавки на основе глиоксаля. Материалы и методы. Исследование влияния модифицирующих добавок на свойства пенобетонной смеси и пенобетона проводилось на смесях с водотвердым отношением, равным 0,45. Исследование проводилось с применением методик, указанных в национальных стандартах. Представлены результаты влияния комплексных модифицирующих добавок на основе глиоксаля и органических солей на реологические и прочностные свойства, а также установлены закономерности и механизм структурообразования модифицированного пенобетона. Результаты. Применение модифицирующих добавок приводит к повышению агрегативной стабильности и снижению пластической усадки пенобетонной смеси на 22-70%. При введении комплексной добавки LA 0,5% + Gl 0,55% в пенобетонную смесь прочность на сжатие повышается с 1,96 до 2,43 МПа в возрасте 28 суток при сохранении марки по средней плотности D600. Коэффициент теплопроводности модифицированного пенобетона с применением добавок снижается на 5-30; в сравнении с контрольным составом. Выводы. Полученные результаты создают основу для импортозамещения модифицирующих добавок на отечественной минерально-сырьевой базе в строительной отрасли и производства эффективных конструкционнотеплоизоляционных бетонов для развития северных регионов России.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Сложность и трудоемкость системных экспериментальных исследований физико-химических процессов в объеме и на поверхности раздела фаз пористой среды определяют необходимость применения математического моделирования. Это позволяет не только выявить и исследовать определяющие физико-химические процессы в пористой среде, но и решать задачи оптимизации и оптимального управления процессами и режимами посредством выбора наиболее благоприятных условий. Материалы и методы. Методом математического моделирования исследуются физико-химические процессы: 1) создание композиционных и нанокомпозиционных материалов; 2) увлажнение пористых материалов; 3) влагопоглощение в пористых материалах. Пористый материал рассматривается как псевдооднородная среда с усредненными физическими и технологическими параметрами. Результаты. Для всех рассматриваемых задач разработаны математические модели и сформулированы краевые условия для расчета распределения физико-химических процессов в объеме пористой среды. Для каждой конкретной задачи и каждого конкретного материала определяются физические и эффективные константы. Исследуются физико-химические процессы в пористой среде при металлизации углеграфитового волокнистого материала, увлажнении компактно сформированного текстильного материала принудительным потоком кондиционированного воздуха и процессы поглощения влаги пористыми строительными материалами. Обсуждение. Обсуждается адекватность математических моделей реальным физико-химическим процессам. Сравниваются результаты расчетов, полученных по моделирующим уравнениям, реализованным в виде компьютерных вычислительных алгоритмов и экспериментов. Выводы. Установлено, что приведенный метод математического моделирования и полученные зависимости являются эффективным инструментом для исследования процессов распределения физико-химических реакций в пористой среде и могут быть использованы для теоретических исследований закономерностей и для расчета оптимальных значений технологических параметров. Показана работоспособность использования математических методов для определения эффективных технологических режимов металлизации углеграфитового волокнистого материала.
Бесплатно
Материалы на основе модифицированного гипса для фасадных систем
Статья научная
Введение. Применение гипса в строительных системах, подвергаемых атмосферным воздействиям, предполагает введение модифицирующих добавок различного типа: полимерных композиций, минеральных тонко- и нанодисперсных компонентов, которые могут быть также продуктами других производств. Методы и материалы. С целью повышения атмосферостойкости гипсового камня, его прочностных характеристик и водостойкости в исследованиях рассматривался комплексный способ модификации гипсового вяжущего путем введения водных растворов поликонденсационных смол, отверждающихся в материале и нанокомпонентов. Эксперимент по оценке влияния состава комплексно модифицированного гипса на его свойства проводился на основе матрицы полного квадратичного трехфакторного эксперимента. Результаты. Прочность комплексно модифицированного гипсового камня при сжатии и при изгибе за 80 суток хранения на воздухе возрастает соответственно на 30% и 25%. Прочность при сжатии составляет 60 МПа, при изгибе – 12 МПа. Образцы выдерживают 150 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Обсуждение. Введение в состав гипсовой смеси полимерных добавок ведет к тому, что гипс при гидратации создает каркас из кристаллических сростков двугидрата, а смола, отверждаясь, образует непрерывную полимерную матрицу. Полимергипс обладает свойством увеличивать прочность во времени за счет продолжающейся полимеризации смолы. Заключение. Получен атмосферостойкий гипсосодержащий материал. Использование техногенных отходов позволяет решать задачу их утилизации, что определяет снижение отрицательной нагрузки на окружающую среду. Осуществлена апробация методики оценки атмосферостойкости гипсового камня и, в первую очередь, морозостойкости.
Бесплатно
Методологическое обоснование выбора стабилизатора суспензий тонкодисперсных частиц титаната висмута
Статья научная
Введение. Современный этап развития строительной индустрии и строительного материаловедения предполагает внедрение и широкое применение нано- и тонкодисперсных частиц, способных улучшить свойства традиционных материалов. Однако для этого необходимо обеспечить стабилизацию нано- и тонкодисперсных компонентов цементной системы. В качестве стабилизаторов могут применяться пластифицирующие добавки. Немаловажно установить их концентрацию. В связи с чем была обозначена цель работы, которая заключается в методологическом обосновании как стабилизирующего действия различных типов пластификаторов на суспензию тонкодисперсного синтетического титаната висмута, используемого в модифицировании цементных систем, так и установления пределов их оптимальных концентраций. Методы и материалы. Основные исследования в работе направлены на установления пределов оптимальных концентраций поликарбоксилатного и сульфонафталинформальдегидного пластификаторов. Определение пределов оптимальных концентраций пластификаторов проводили с помощью метода солюбилизации красителя, сталагмометрического и кондуктометрического методов, также проводились исследования по установлению стабилизирующего действия пластификаторов на суспензию тонкодисперсных частиц титаната висмута. Результаты. Для установления пределов оптимальной концентрации, способной обеспечить стабилизацию тонкодисперсных частиц титаната висмута в суспензии, были определены ККМ методом солюбилизации красителя, сталагмометрическим и кондуктометрическим методами. Установлено, что для пластификатора на поликарбоксилатной основе характерна одна точка ККМ, а для пластификатора на сульфонафталинформальдегидной основе характерны 2 точки ККМ: ККМ1 и ККМ2. При ККМ1 формируются неустойчивые сферические мицеллы, которые переходят в устойчивые в точке ККМ2. При концентрациях, превышающих значение ККМ2, происходят полиморфные превращения сферических мицелл в несферические асимметрические мицеллы. То же самое прослеживается для ККМ поликарбоксилатного пластификатора только в один этап, из чего можно сделать вывод, что выше ККМ для поликарбоксилатного пластификатора и ККМ2 для сульфонафталинформальдегидного пластификатора увеличивать концентрацию пластификаторов нельзя, что связано со структурными изменениями мицелл пластификаторов. Таким образом, предполагается, что для стабилизации тонкодисперсных частиц титаната висмута необходимо применять концентрацию пластификаторов в пределах, не превышающих значения ККМ для поликарбоксилатного пластификатора, и ККМ1 для сульфонафталинформальдегидного пластификатора. Заключение. На основании совокупности всех проведенных исследований были установлены пределы оптимальных концентраций пластификаторов для стабилизации тонкодисперсных частиц титаната висмута в суспензии. Для поликарбоксилатного пластификатора предел оптимальных концентраций составил 1,1-1,5 г/л; для сульфонафталинформальдегидного пластификатора - 2,2-4,0 г/л.
Бесплатно
Наномодифицирование цементных композитов на технологической стадии жизненного цикла
Статья научная
В статье рассматриваются теоретические основы принципов наномодифицирования строительных композитов и концептуальные модели наномодифицирования с точки зрения эволюционного маршрута образования твердой фазы в зависимости от кинетики гетерогенных процессов. В работе определены основные факторы наномодифицирования цементных систем твердения на всех этапах технологической стадии жизненного цикла в соответствии с эволюционным маршрутом. Влияние наноразмерных частиц (НРЧ) как одного из главных факторов заключается в следующих механизмах их действия: а) непосредственное химическое участие НРЧ в гетерогенных процессах фазообразования гидратных соединений, б) каталитическая роль НРЧ как центров кристаллизации, в) повышение плотности упаковки системы сложения дисперсных частиц, г) зонирование структуры твердения. Обоснованы концепции и арсенал средств наномодифицирования в технологиях строительных композитов. С целью оценки эффективности принципов наномодифицирования исследованы кинетика гидратации, фазовый состав, микроструктура, реология и прочностные характеристики цементных систем твердения. Показано, что использование наномодификаторов повышает пластичность цементного теста, ускоряет процессы гидратации цемента в 9-28 раз и повышает прочность цементного камня в 1,5-2 раза. Все это позволяет снизить производственные затраты на всех стадиях технологического цикла получения цементных композитов.
Бесплатно
Обоснование критериальных требований к наполнителям в составах смесей для строительной 3D-печати
Статья научная
Введение. В рамках решения задачи создания новых материалов для аддитивных технологий произведен анализ состояния вопроса, выявлена проблема отсутствия общих подходов к выбору сырьевых компонентов смесей. Теоретическая концепция. На основании подходов фундаментальной структурной реологии, физико-химической механики дисперсных систем, теории упаковок зернистых сред теоретически обоснованы критериальные требования к характеристикам наполнителей, предложены численные критерии их оценки. Данные численные критерии предложено применять для предварительной комплексной оценки наполнителей в задачах проектирования составов смесей для строительной 3D-печати. Материалы и методы. Характеристики наполнителей оценены методами сканирующей электронной микроскопии с использованием сканирующего электронного микроскопа Thermo Scientific™ Phenom™ Desktop SEM с обработкой изображений в программном комплексе «ParticleMetric»; лазерной гранулометрии с использованием лазерного анализатора размера частиц «Анализетте 22». Результаты. Произведена оценка цемента и 5 видов наполнителей, отличавшихся размерностью и ролью в формировании свойств смеси. Определены их расчетные критериальные характеристики: средний диаметр частиц, гранулометрическая константа, коэффициент формы частиц. Установлены граничные значения данных характеристик для частиц различной морфологии и дисперсности. Заключение. На основании использования предложенных теоретических подходов определены направления исследований, которые связаны с получением экспериментальных закономерностей влияния критериальных характеристик наполнителей на реологические характеристики смесей; ранжированием по значимости данных характеристик и обоснование требований к диапазону дозировок наполнителей в зависимости от их размеров, формы и гранулометрии.
Бесплатно
Повышение радиоэкранирующих свойств строительных материалов в СВЧ диапазоне
Статья научная
Введение. Интенсивное развитие техники в современном мире сопровождается возникновением новых типов техногенных опасностей, одной из которых является микроволновое излучение. Несмотря на значительный спектр защитных материалов, не все они пригодны для строительных целей. Основным препятствием является их достаточно высокая стоимость, а интеграция их в основные виды стеновых строительных материалов требует существенных изменений технологий их производства. Наиболее реалистичным и рациональным путем решения проблемы является введение в традиционно применяемые для получения строительных изделий бетоны и растворы специальных добавок. В статье исследовано влияние добавок тонкодисперсного технического углерода и алюминиевой пудры в составе цементной и гипсовой матриц на радиоэкранирующие свойства в диапазоне частот 1800-2800 МГц. Материалы и методы исследования. Порошок технического углерода добавляли в цементное и гипсовое тесто в дозировках 0, 2,5, 5%, алюминиевую пудру добавляли в гипсовое тесто в дозировках 0, 2,5, 5%. Исследованы предварительно насыщенные водой суперабсорбирующие полимеры. Изучены радиоэкранирующие свойства на разработанной экспериментальной лабораторной установке с применением векторного анализатора цепей NanoVNA. Результаты и обсуждения. Рассмотрено влияние на прочностные и СВЧ-защитные свойства гипсового и цементного камня добавок технического углерода и алюминиевой пудры. Установлено, что добавка технического углерода в количестве до 3-3,5% от массы цемента показывает нейтральное влияние на прочность цементного камня, обеспечивая снижение уровня сигнала около 50% (-6 дБ), наблюдаемое в диапазонах 1800-2100 МГц и 2300-2650 МГц, что делает данную добавку перспективной для решения обозначенной задачи. При введении добавок в гипсовую матрицу добавка технического углерода обеспечивает снижение уровня излучения до 60% (-8 дБ), а алюминиевая пудра до 69% (-10 дБ) в дозировке не более 5% от массовой доли вяжущего на образцах толщиной 3 см. Однако рассмотренные добавки оказывают ощутимое негативное влияние на прочностные показатели гипсового камня, что позволяет рекомендовать применение только технического углерода в количестве не более 2,5% для получения изделий, не требующих высокой прочности.
Бесплатно
Применение поливинилхлорида для нанокомпозитов (анализ и оптимизация показателей качества)
Статья научная
Введение. Применение нанокомпозитов в различных отраслях промышленности в последние годы увеличилось благодаря их уникальным свойствам и эксплуатационным характеристикам. Однако оптимизация качественных показателей нанокомпозитов остается сложной задачей из-за сложного взаимодействия между компонентами. В работе представлен обзор методов, используемых для анализа и расчета показателей качества нанокомпозитов с использованием ПВХ в качестве основного материала. Методы и материалы. Для математического расчета технологических параметров, не поддающихся прямому измерению, были проведены анализ литературных источников по рассматриваемому процессу и установление соответствующих зависимостей между эмпирическими данными в соответствии с основными закономерностями термодинамики и процессов массообмена. В ходе исследования применен метод нейронных сетей для того, чтобы описать процесс полимеризации винилхлорида, осуществленного суспензионным методом. Для решения данной проблемы была применена каскадная сеть, имеющая прямое распространение сигнала и обратное распространение ошибки. Состав сети: в скрытом слое - десять сигмоидных нейронов, в выходном слое - два линейных нейрона. Результаты и обсуждения. В ходе проведения исследований было установлено, что при полимеризации тепловой поток изменяется с течением времени в зависимости от уровня концентрации инициатора. В дальнейшем полученные зависимости могут использоваться при регулировании расхода хладагента в охлаждающую рубашку реактора, для обеспечения изотермического выполнения всего процесса. Было установлено, что, изменяя частоту вращения мешалки, можно изменять размер частиц и, следовательно, молекулярно-массовое распределение поливинилхлорида. Разработанная нейронная сеть была протестирована. Полученные результаты имеют минимальную погрешность и близки к реальным значениям, из чего можно сделать вывод, что сеть обучена правильно и зависимость между данными найдена.
Бесплатно
Статья научная
Пылевидная фракция отсева дробления гранита рассматривается и оценивается в качестве носителя микроразмерной и наноразмерной составляющих структурообразования цементного камня и бетона. Даны генезис пылевидной фракции и идентификация ее состава и специфических свойств. Анализируется природа механической, механохимической, физико-химической активности и роли пылевидной фракции отсева в процессах гидратации цемента и структурообразования цементного камня. Микроразмерная составляющая квалифицируется как наполнитель в цементе, входящем в мелкозернистую бетонную смесь. Наноразмерная составляющая анализируется как кремнеземсодержащая добавка, способная наномодифицировать структуру гидратируемого цемента. Представлены экспериментальные данные и количественные оценки влияния пылевидной фракции на динамику твердения и прочность мелкозернистого бетона.
Бесплатно
