Технологии производства строительных материалов и изделий. Рубрика в журнале - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Активность поверхности порошков бетонного лома
Статья научная
Введение. Одним из самых многотоннажных отходов стройиндустрии является бетонный лом, полученный в результате демонтажа зданий и сооружений, срок эксплуатации которых достиг своего максимума или требует значительных капитальных изменений. Особый интерес на наш взгляд представляют работы по использованию получаемой пылевидной фракции. Одним из перспективных методологических подходов в данном направлении является соблюдение принципов нанотехнологий, заключающихся в получении тонкодисперсных компонентов как активных составляющих создаваемых композиций. Методы и материалы. Поэтому объектами исследований в данной работе были тонкодисперсные порошки, полученные механическим размолом легкого (образец 1) и тяжелого (образец 2) бетона пятиэтажного жилого панельного дома 1979 года постройки. Определен элементный состав и удельная поверхность образцов, проведена термогравиметрия исследуемых порошковых систем, методом ОВРК установлено поверхностное натяжение опытных проб и дисперсионная и поляризационная составляющие данного показателя. Предложен новый методический подход к определению поверхностного натяжения порошковых систем, основанный на определении функциональной зависимости поверхностного натяжения от усилия прессования опытных образцов. Показана возможность расчета макроэнергетических характеристик (энергия атомизации, удельная массовая энергия атомизации) образцов отработанного бетона. Данный физико-химический показатель характеризует потенциальный запас внутренней энергии системы, способной при механическом разрушении материала переходить в свободную поверхностную энергию. Результаты и обсуждение. ТГА-анализ опытных проб бетона показал наличие остаточного количества двухкальциевого силиката. Проведенные расчеты величины поверхностной активности образцов показали, что в качестве активной добавки в композициях, способной проявлять свойства связующего агента наиболее предпочтительнее использовать порошок, полученный путем дробления образца тяжелого бетона. Заключение. Для оценки активности пылевидных фракций бетонного лома как компонента в вяжущих композициях гидратационного типа твердения предложено использовать в качестве критерия величину активности поверхности порошковых систем. Абсолютное цифровое значение данного критерия равно отношению величин свободной поверхностной энергии исследуемого порошка и удельной массовой энергии атомизации исходного отработанного бетона. Установлено, что для бетонного лома величина данного критерия определяется поляризационной составляющей поверхностного натяжения.
Бесплатно
Статья научная
Введение. При использовании водных суспензий минеральных тонкодисперсных систем природного и техногенного происхождения в качестве активных добавок при получении бетонных композитов важным фактором их эффективного применения является соблюдение агрегативной и седиментационной устойчивости частиц твердой фазы до введения ее в реакционную смесь. Методы и материалы. В работе показан, на примере суспензии из тонкодисперсного порошка полиминерального песка месторождения «Холмогорское» Архангельской области (средний размер частиц 195 нм), алгоритм количественной оценки критериев устойчивости согласно положениям теории ДЛФО. Для успешной оценки агрегативной устойчивости данной коллоидной системы помимо экспериментального определения величины дзета-потенциала частиц необходимы эксперименты по определению аналоговой величины постоянной Гамакера, которая для исследуемого минерального песка составила 0,5 • 10-20 Дж. В данной работе представлены результаты анализа по критериям Uвз и Vсед дисперсной системы (водной суспензии) полиминерального песка, рассчитанные с учетом аналоговой величины постоянной Гамакера, величины дзета-потенциала и размерных характеристик частиц ее твердой фазы, физико-химических свойств дисперсионной среды. Результаты и обсуждение. Показано, что определяющим фактором агрегативной устойчивости суспензии является электростатический барьер взаимодействия частиц. Путем теоретического расчета установлено, что нарушение агрегативной устойчивости системы может наступить, когда дзета-потенциал ее частиц достигнет значения порядка 10-4 мВ (практически изоэлектрическое состояние). Для оценки кинетической (седиментационной) устойчивости данной суспензии - устойчивости к действию силы тяжести, то есть способности противостоять расслоению дисперсной системы за счет различия в плотностях частиц дисперсной фазы и дисперсионной среды - предлагается использовать кинетический параметр седиментации - ее скорость. Заключение. Для исследуемого нами объекта в водной дисперсионной среде, усредненные размерные характеристики которого составляют 195 нм, скорость седиментации V - 4 нм/сек. При такой скорости осаждения частиц твердой фазы можно считать дисперсную систему на основе тонкораздробленного полиминерального песка месторождения «Холмогорское» седиментационно устойчивой.
Бесплатно
Бетоны с нанодобавкой из обожженного вторичного бетона
Статья научная
Практика применения вторичного бетона из бетонолома некондиционных железобетонных изделий может получить широкое распространение на практике. Несомненной актульностью эта тема объясняется Программой реновации жилищного фонда в городе Москве, которая предусматривает снос 5-ти этажных жилых зданий до 2032 года. Проблема переработки и повторного использования строительных отходов становится очевидной для улучшения экологической обстановки, а так же для снижения стоимости материалов в строительстве и сохранения природных ресурсов. В статье рассматривается наноструктурирование цементных систем за счет введения ультра- и нанодисперсных минеральных добавок. При этом дополнительное измельчение минеральных добавок выполняется на кавитационных установках. Наноструктурирование обеспечивает уплотнение бетонных структур и повышение прочностных показателей бетона.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В статье рассматривается проблема развития транспортной инфраструктуры на архипелаге Соловецкий и предлагается решение по снижению затрат на изготовление железобетонных плит для дорожного покрытия. Предлагается использовать сапонитсодержащий отход (ССО) горно-обогатительного комбината АО «Севералмаз» в качестве минеральной добавки в бетоны. Исследования показали, что механоактивированный сапонитсодержащий порошок (МСП) улучшает эксплуатационные характеристики бетона и снижает расход вяжущего. Использование МСП позволяет решить проблему утилизации отходов и снизить экологический ущерб. Целью работы является оценка влияния временного фактора на гидравлическую активность МСП, так как активность добавки может изменяться при длительном хранении. Известно, что степень активности минеральных компонентов принято оценивать по количеству поглощенных из насыщенного известкового раствора ионов Ca2+. Для отслеживания изменения содержания Ca(OH)2 во времени в ходе протекания гидравлической реакции существует ряд прямых аналитических способов. Данная методика, основанная на измерении потенциала ионселективного электрода, в полной мере подходит для контроля гидравлической активности МСП. Методы и материалы. В качестве основного материала для проведения исследований использовали сапонитсодержащий отход, который был выделен, высушен и диспергирован. Таким образом, был получен механоактивированный сапонитсодержащий порошок (МСП). Контроль за степенью измельчения полученных высокодисперсных проб МСП осуществляли по величине удельной поверхности (Sуд, м2/кг). Для выполнения потенциометрического анализа использовалась электродная система, состоящая из измерительного электрода с функцией определения ионов кальция (pCa) и электрода сравнения. В рамках подготовки к эксперименту кальций-селективный электрод модели «Элит-041» выдерживали в течение трех дней в растворе хлорида кальция с концентрацией 0,01 моль/л. После этого электрод промывали дистиллированной водой и калибровали по растворам с концентрациями (ССа), составляющими 10–1, 10–2, 10–3, 10–4 и 10–5 моль/л, для которых pCa = 1÷5. Для исследования сорбционной способности был приготовлен раствор извести с концентрацией 0,015 моль/л, а также суспензия из проб высокодисперсного минерального сапонитсодержащего порошка. В полученную суспензию последовательно дозатором вводили раствор извести объемом по 0,2 мл, при этом осуществляя измерение электродвижущей силы (потенциала) системы при непрерывном перемешивании. На основании полученных значений потенциалов (мВ) проводили расчет концентрации ионов кальция (Сфакт Ca) в объемной фазе суспензии с применением заранее установленной калибровочной зависимости. Далее, используя алгоритм расчета параметров активности порошков по данным потенциометрии, определили максимальное количество поглощенного гидроксида кальция (ΔССaO) как разницу между значениями Стеор Ca и Сфакт Ca и коэффициент гидравлической активности . Результаты и обсуждение. Полученный механоактивированный сапонитсодержащий порошок при разной продолжительности помола имел удельную поверхность: 196 м2/кг (10 мин), 644 м2/кг (30 мин), 1209 м2/кг (60 мин), 1428 м2/кг (90 мин). Построенная предварительно калибровочная зависимость потенциала электродной пары от величины pCa характеризуется линейным уравнением: E = –23,23pCa+520,35. Установлено, что при добавлении известкового раствора в суспензию наблюдается рост ЭДС из-за сорбции ионов кальция механоактивированным сапонитсодержащим порошком. После достижения порогового объема раствора Ca(OH)2 потенциал стабилизируется. При дальнейшем увеличении концентрации ионов кальция, когда прекращается их взаимодействие с частицами МСП, значение E снова возрастает. Далее для всех серий эксперимента были получены зависимости, отличие которых заключается лишь в количественных характеристиках функциональных параметров. Начальное значение потенциала электродной пары характеризует фоновую концентрацию ионов кальция, определяемую их остаточным содержанием в воде и/или МСП. Полученные функциональные зависимости Сфакт Ca = f(Стеор Ca) для исследуемых проб позволили определить пороговые значения концентрации ионов кальция в растворе, превышение которых создает их избыток в реакционной среде. Построенная функциональная зависимость Г∞ = f(Sуд) показала, что Г∞ достигает своего максимального значения уже при удельной поверхности более 600 м2/кг (30 мин помола). Поскольку помол 10 минут слабо влияет на удельную поверхность сапонитового порошка, что отражается на величине коэффициента гидравлической активности МСП, то была рассмотрена зависимость Г∞ = f(Sуд) для помола более 10 минут. Экстраполяция зависимости на удельную поверхность порошка 300 м2/кг (получается промышленным способом) дает значение Г∞ = 0,772, что на 5% ниже максимального значения в экспериментах.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Для восстановления и развития дорожной сети Соловецких островов могут быть использованы бетонные плиты. В настоящее время для улучшения эксплуатационных характеристик дорожных плит активно внедряются составы с добавками отходов производств, в том числе микро- и наноуровня. Для Архангельской области в качестве такого материала может применятся сапонитсодержащий отход горнодобывающей промышленности. При этом одним из способов ускорения процесса набора прочности композитов является пропаривание. Однако исследования, связанные с влиянием температурно-влажностной обработки на процесс твердения композита с высокодисперсным сапонитсодержащим материалом (ССМ), ранее не был изучен. Известно, что процесс сорбции влаги высокодисперсной добавкой позволяет управлять структурообразованием при твердении бетона, улучшая его эксплуатационные характеристики. Однако в условиях повышенной влажности количественное содержание воды затворения, рассчитанное исходя из величины водопоглощения ССМ, может значительно измениться и оказать влияние на процесс набора прочности композита. Поэтому целью данной работы является изучение влияния температурно-влажностной обработки на набор прочности мелкозернистого бетона с добавкой ССМ. Установлено, что ускоренный метод твердения бетона оказывает только положительный эффект на формирование прочной и плотной структуры. Однако в случае использования в качестве добавки высокодисперсного сапонитсодержащего материала может наблюдаться и обратный эффект (снижение прочности), связанный с сорбционными свойствами и особенностями его структуры. Методы и материалы. Выделенный из оборотной воды ССМ высушивали до постоянной массы и диспергировали на планетарной шаровой мельнице. Размер частиц определяли методом измерения динамического и электрофоретического светорассеяния, а величину удельной поверхности - методом сорбции азота (теория БЭТ). Набор прочности образцов мелкозернистого бетона контрольного и опытного (с добавкой ССМ) составов осуществляли двумя способами: в нормальных условиях и ускоренным методом с помощью пропаривания. Испытания на прочность образцов-кубов размером 70x70x70 мм проводили на автоматическом испытательном прессе по ГОСТ 10180. Исследование микроструктуры образцов осуществляли методом растровой электронной микроскопии. Результаты и обсуждение. Выделенный, высушенный и измельченный сапонитсодержащий материал (в виде порошка) обладал средним размером частиц 445±40 нм и удельной поверхностью 50670±10 м2/кг. В продолжение исследований были изготовлены контрольные (МЗБ) и опытные образцы мелкозернистого бетона (МЗБссм). Количество высокодисперсной добавки вводили в бетонную смесь на основе ранее полученных результатов кинетических исследований процесса водопоглощения сапонитсодержащего материала. Определение прочностных характеристик 1-МЗБ и 1-МЗБссм, твердеющих в нормальных условиях, проводили на 28 сутки. Образцы 2-МЗБ и 2-МЗБссм спустя сутки после затворения водой помещали в пропарочную камеру. По истечении времени выдержки их постепенно охлаждали и определяли прочностные характеристики. Установлено, что ускоренный способ набора прочности мелкозернистого бетона путем пропаривания положительно действует только на контрольные образцы. Для композита с добавкой ССМ температурно-влажностная обработка оказывает противоположное действие. Так, динамика набора прочности 1-МЗБ и 1-МЗБссм имеет однотипный характер. В начальный момент времени наблюдается активный участок набора прочности, но на 7 сутки прочность при сжатии у образцов опытного состава на 40% выше, чем у контрольного. При ускоренном способе твердения в первые два часа (стадия изотермического прогрева) наблюдался активный участок повышения прочности у 2-МЗБ и 2-МЗБссм. Последующее твердение контрольных образцов имеет линейную зависимость с постепенным повышением прочности до проектной за шесть часов. Для 2-МЗБссм спустя два часа пропаривания прочность резко начинает снижаться, а спустя шесть часов - наступает видимое разрушение структуры бетона. Следовательно, продолжительное температурно-влажностное воздействие на бетон с высокодисперсной добавкой ССМ приводит к снижению прочностных характеристик образцов. Вероятнее всего, это связано с перенасыщением влагой структуры композита. Поэтому в продолжение исследований были сделаны электронные фотографии микроструктуры бетона после трехчасового выдерживания в пропарочной камере. Так, микроструктура 2-МЗБссм, в основном, представлена губчатыми частицами, а количество образовавшихся игольчатых (кристаллов тоберморита) значительно уменьшилось по сравнению с контрольным. Наблюдается также значительное образование в опытном образце пустот, которые можно отнести к дефектам структуры полученного композита.
Бесплатно
Гидрофобизация бетона и газобетона пропиткой полисульфидом кальция
Статья научная
Введение. Рассмотрен метод защиты бетона и газобетона путем обработки раствором на основе полисульфида кальция, который проникает в поры материалов и после высыхания образует водоотталкивающий наноразмерный слой, предохраняющий материал от проникновения воды. Этот тончайший слой образуется в результате разрушения молекул полисульфида кальция в процессе высыхания пропиточного раствора и придает материалу гидрофобные свойства. В настоящей работе представлены результаты изучения свойств и состава образующегося защитного слоя и влияние его на проникновение воды в материалы.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Целью работы является определение влияния структуры сформированного в результате модификации поверхностного слоя фильтрующих материалов на их водопроницаемость и размер улавливаемых твердых частиц. Материалы и методы исследования. В качестве объектов исследования использовали нетканые полотна из смеси полиэтилентерефталатных (ПЭТФ) (70 масс.%) и бикомпонентных волокон (БКВ) структуры ядро-оболочка. Нетканые материалы получали механическим способом формирования холста с последующим его упрочнением методом иглопрокалывания. Полученные материалы подвергали модификации путем термообработки. Перенос воды в модифицированных материалах определяли по коэффициенту проницаемости, эффективность фильтрации - по количеству улавливаемых частиц определенного размера. Результаты и их обсуждение. Показано, что нетканые иглопробивные материалы без дополнительной термообработки не пригодны для фильтрации воды. Предложен метод тепловой и деформационно-тепловой модификации нетканых полотен, обеспечивающий получение градиентных материалов с регулируемой толщиной наноразмерного поверхностного слоя. Несмотря на снижение водопроницаемости, модифицированный материал улавливает твердые частицы с эквивалентным диаметром 2-4 мкм по сравнению с немодифицированным (порядка 20 мкм), что является достаточным для подготовки воды к использованию в парогенераторах и при производстве строительных материалов. Заключение. Установлены оптимальные параметры деформационно-тепловой обработки для получения высокоэффективного фильтрующего нетканого материала: температура 180оС, скорость обработки 3,5 м/мин.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Повышение требований к экологичности и устойчивости строительных материалов стимулирует использование промышленных отходов, таких как шлак кислородно-конвертерного производства (BOFS) и летучая зола (FA), в качестве альтернативных компонентов геополимерных растворов. Исследование направлено на оценку физико-механических свойств, микрои наноструктуры и устойчивости к щелочной кремнеземной реакции (ASR) геополимерных смесей на основе BOFS и FA, что особенно актуально для строительства гидротехнических сооружений. Методы и материалы. Использованы BOFS и FA класса F в качестве заполнителей и пуццолановых компонентов. Прочностные характеристики смесей определялись на 3, 7, 28 и 56 сутки. Анализ микрои наноструктуры и состава проводился с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM), энергодисперсионной спектроскопии (EDS) и рентгеновской дифракции (XRD). Расширение определялось по стандарту ASTM C 1260 в водной и щелочной средах при температуре 80 °C. Результаты и обсуждение. Оптимальные прочностные показатели (до 50 МПа на 28 сутки) были достигнуты при замещении 75% песка на BOFS и соотношении щелочных компонентов Na2SiO3/NaOH = 1. SEM и EDS показали формирование плотной гелеобразной структуры с включением N-A-S-H и CaCO3 фаз. В водной среде расширение всех образцов не превышало 0,1%, что соответствует критерию инертного заполнителя. В щелочной среде расширение достигало 0,25% в отдельных составах. Наблюдалась зависимость между микрои наноструктурой, содержанием активных фаз (Si, Al, Ca) и механическими свойствами. Заключение. Результаты показали, что BOFS и FA могут быть успешно использованы в составе геополимерных растворов, обеспечивая требуемую прочность, стабильность и устойчивость к ASR. Карбонизация и корректный подбор щелочных активаторов способствуют стабилизации BOFS и снижению его расширяющей активности. Это открывает перспективы применения данных материалов в производстве экологичных и долговечных строительных систем, особенно в гидротехническом строительстве.
Бесплатно
Исследование теплового эффекта на основе наночастиц жидких кристаллов
Статья научная
Введение. В настоящее время активно занимаются разработкой композитных систем, допированных наночастицами и на основе жидкокристаллических (ЖК) сред. Последние, обладая уникальными свойствами, могут применяться для совершенствования различных ЖК-устройств. Для этого очень важно исследовать механизм изменения свойств жидкокристаллических систем от размеров и концентрации наночастиц. В последнее время применяется достаточное количество методов для измерения потока жидкости или газа, основанных на разных физических принципах. Информацию о среднем массовом расходе жидкости или газа позволяет получить метод измерения, основанный на стационарной инжекции тепла в поток. Среднюю скорость потока позволяют измерить электромагнитные и ультразвуковые датчики, а средний объемный расход - гидродинамический (аэродинамический), а также механический турбинный методы. В процессе теплопереноса и массо-переноса конвективное движение в жидкой среде играет важную роль в подавляющем большинстве природных явлений и технологических процессов. Многие процессы конвективного массопереноса и теплопереноса в химической, нефтехимической, строительной, атомной и других отраслях промышленности осуществляются в тепловых трубах. До настоящего времени также остается открытым вопрос об эффективности применения тепловых труб с корпусами из композиционных материалов. В представленной работе были поставлены следующие цели: собрать экспериментальную установку для изучения теплового эффекта (потока), провести исследования изменения температуры на поверхности проводника соединения на основе наночастиц жидких кристаллов и вязкости жидких кристаллов от концентрации наночастиц. Методы и материалы. В данной экспериментальной работе в области внешней границы проводника действует тепловой поток. Отметим, что на перераспределение теплового поля влияют такие процессы, как теплопроводность и теплоотдача. Для наблюдения теплового эффекта использовались соединения на основе наночастиц жидких кристаллов. Наноструктурные системы жидких кристаллов обладают таким уникальным свойством, как текучесть, присущим обычным жидкостям. Для непрозрачных стенок проводника предложен способ определения направления теплового потока. Ранее проведенные экспериментальные исследования показали, что измерение температуры возможно только пирометрическим методом. Поэтому перераспределение изменения температуры на поверхности потока проводника зафиксировано с помощью оптического пирометра, воспринимающего тепловое (инфракрасное) излучение. В данной работе в качестве основы использовалось соединение на основе наночастиц жидких кристаллов, а именно с добавлением холестерилолеата. Результаты и обсуждение. В ходе исследования экспериментально получены зависимости температуры в зоне теплового потока проводника при отсутствии и при наличии движения жидкости. Измерены зависимости изменения температуры на поверхности проводника с соединениями на основе наночастиц жидких кристаллов. Показано неоднородное перераспределение теплового поля. Представлены результаты исследования зависимости вязкости нематических жидких кристаллов от концентрации наночастиц.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Современная тенденция перехода к негорючим и экологичным теплоизоляционным и звукопоглощающим материалам предполагает развитие исследований в области получения вспененных силикатных композиций, в частности, на основе жидкого стекла холодного отверждения, что является одним из наиболее перспективных инновационных направлений. Важнейшим преимуществом материала на основе вспененного жидкого стекла является его экологичность как на стадии эксплуатации, так и на стадии производства, вследствие применения малоэнергоемкой технологии изготовления, позволяющей получить негорючий материал с высокими теплозащитными и звукопоглощающими свойствами. Методы и материалы. В качестве основных сырьевых компонентов были использованы жидкое натриевое стекло холодного отверждения и пеностекло на основе стеклобоя. Для определения оптимальной отверждающей добавки жидкого стекла были выбраны портландцемент, гашеная известь и этилсиликонат натрия. Теплопроводность исследованных материалов оценивали с помощью соответствующего коэффициента, значение которого зависело от объемного содержания пор в материале, характера пористости и распределения пор по размерам. Пористость определяли расчетно-экспериментальным методом. Снижение водопоглощающей способности оценивали по величине краевого угла смачивания. Сорбционную влажность определяли в соответствии с ГОСТ 24816-2014, а коэффициент звукопоглощения - по ГОСТ 16297-80 на интерферометре. Результаты и обсуждение. Целью исследования являлось изучение тенденций и объяснение причин формирования требуемых эксплуатационных показателей теплоизоляционного и звукопоглощающего материала на основе вспененного жидкого стекла холодного отверждения. Также исследовался вопрос повышения водостойкости материала на основе вспененного жидкого стекла путем подбора эффективной добавки-отвердителя. Выводы. Разработанный теплоизоляционный материал на основе жидкого стекла холодного отверждения является экологичным, с наличием большого количества мелких и преимущественно открытых пор, сообщающих ему хорошие звукопоглощающие свойства. Проблема высокого водопоглощения материала была решена путем введения портландцемента в качестве отверждающей добавки.
Бесплатно
Статья научная
В последние годы нанотехнологии и наноматериалы стали использоваться в различных отраслях промышленности и, в том числе, в дорожном строительстве, а дорожное строительство вышло на новый уровень и является одним из приоритетных направлений государства. Увеличение доли автомо-бильных дорог, соответствующих современным нормативным требованиям, невозможно без применения новых технологий и материалов, к которым от-носятся битумные материалы, являющиеся типичными нефтяными наноди-сперсными системами, свойства которых определяются наноструктурными частицами дисперсной фазы и углеводородной дисперсионной средой. Для расширения номенклатуры современных и перспективных вяжущих материалов целью исследований стала разработка перспективной технологии производства полимер содержащих битумных материалов, полученных по разным технологиям: модифицирование полимерами битума дорожной марки, компаундирование глубоко окисленного битума модифицированным полимерами гудроном. В качестве объектов исследований использовали битум дорожной марки, глубоко окисленный битум, облегченный и утяжеленный гудрон. В качестве полимерного модификатора – дивинил-стирольный термоэластопласт марки ДСТ-30-01, который позволит достичь требуемых размеров частиц дисперсной фазы, создать дополнительную нанофазу из полимера и тем самым обеспечить требуемые эксплуатационные показатели. Анализ свойств полимерно-битумных вяжущих показал преимущество технологии, основанной на компаундировании глубоко окисленного битумас модифицированным полимером гудроном. Происходит рост значений максимального усилия при растяжении, когезионных и прочностных свойств, показателя адгезии при некотором снижении растяжимости. Разработана перспективная технология производства полимерно-битумных вяжущих как инновационных наносвязующих для устройства асфальтобетонных покрытий с улучшенными показателями качества, которая позволит расширить ассортимент востребованной в дорожном строительстве высококачественной продукции и рост технико-экономических показателей битумного производства.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Применение наноразмерных гидросиликатов кальция в качестве добавок, ускоряющих структурообразование цементных композиций, становится все более популярным. Причина этого кроется в их высокой эффективности как ускорителей при отсутствии негативного влияния на долговременную прочность и долговечность цементных композитов. Дополнительным преимуществом наногидросиликатов кальция является разнообразие существующих методов их синтеза, среди которых механохимический метод выделяется доступностью сырьевой базы и простотой технического оформления синтеза. Основная часть. В обзоре рассматривается новый метод синтеза наноструктурированных гидросиликатов кальция – комплексный механотермический синтез, представляющий собой сочетание механохимического синтеза модифицированных углеводом гидросиликатов кальция с последующим их термическим разложением. Модифицированные гидросиликаты кальция, в межслоевое пространство которых интеркалирован углевод, способны разрушаться в условиях низкотемпературного термолиза (<150 oC) с образованием наночастиц гидросиликатов, коагуляция которых приводит к образованию наноструктурированной фазы гидросиликатов кальция – ксерогеля. Смесь ксерогеля с остатками сырьевых материалов, не разложившимися при термолизе гидратными фазами, представляет собой силикат-кальциевую дисперсию (СКД). Описаны технологические особенности синтеза СКД и некоторые свойства СКД. В частности, выявлено умеренное (до 60%) ускорение набора суточной прочности модифицированных СКД цементных растворов с параллельным приростом марочной прочности (17%). Отмечается значительное влияние СКД на реологические свойства цементных смесей. Заключение. Комплексный механотермический синтез является новым синтетическим направлением получения наноразмерных гидросиликатов кальция. Развитие этого направления далеко от завершения и тесно связано с развитием теоретической базы, в частности, концепции неклассической нуклеации применительно к гидросиликатным фазам. Развитие метода может быть направлено на поиск новых органических модификаторов с получением новых свойств модифицированных гидросиликатов и продуктов их термического распада, на совершенствование режимов синтеза с целью регулирования количественных и качественных параметров наноструктурированной фазы, потребительских свойств СКД, расширение сфер ее применения.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Текстильные материалы технического назначения в виде многослойных пакетов находят широкое применение в качестве теплоизоляционных покрытий в строительстве. Одной из функциональных характеристик такого рода материалов является их эффективная работа в условиях интенсивного обдува ветром. Теплоизоляционные характеристики текстильных теплоизоляционных материалов зависят от величины их воздухопроницаемости, при этом минимальное термическое сопротивление наблюдается со стороны обдува. Материалы и методы исследования. В статье предложена методика, позволяющая рассчитать термическое сопротивление многослойного пакета, состоящего из текстильных строительных материалов в условиях обдува. Показано, что теплоизоляционные свойства материалов, входящих в состав пакета, зависят от их воздухопроницаемости. Результаты и обсуждение. Рассматриваемая в работе математическая модель по определению термических сопротивлений ограждающих конструкций, содержащих теплоизоляционные пакеты на основе текстильных материалов, включает данные по воздухопроницаемости отдельных слоёв, а также по толщине их воздушных прослоек. В работе приведена схема теплоизоляционных слоев, включающая температурные кривые. В качестве исходной информации по распределению температур в слоях приняты условия неподвижной среды, а также предположение, что повышение скорости воздуха при обдуве пакета влияет на уменьшение его термического сопротивления.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Эффективность строительства нефтяных и газовых скважин во многом зависит от этапа цементирования обсадных колонн и завершается проверкой качества их крепления различными методами, чаще всего геофизическими. Необходимость качественного цементирования и обеспечение качества технического состояния в последующие годы эксплуатации нефтяных и газовых скважин является основной задачей. Методы и материалы. Выполнен анализ микроструктурных особенностей тампонажных растворов и цементного камня с использованием современных методов. Основные технологические свойства были разработаны согласно требованиям ГОСТ 1581-96 и стандартам API (API spec.10B). При исследовании всех рецептур применялся цемент класса G (ПЦТ-I-G). Для повышения удароустойчивости и обеспечения плотного контакта с ограничивающими поверхностями получаемого тампонажного камня были использованы полипропиленовая фибра и расширяющая добавка КМД. Микроструктурный анализ полученных цементных камней и разработанных тампонажных растворов проводился методом рентгенофазового аппарата (РФА) и растрового электронного микроскопа (SEM). Результаты и обсуждение. Результаты исследования показали, что расширяющая добавка в тандеме с полипропиленовым волокном эффективно работает на обеспечение целостности цементного кольца. Заключение и выводы. Микроструктурный анализ тампонажных камней показал плотную связь полипропиленовой фибры и цементного камня при концентрации 0,25%. Расширяющая добавка полностью гидратирована, и полученный цементный камень не имеет трещин от расширений при 7 сутках. Разработанные тампонажные растворы с водоцементным отношением 0,44 показали высокую прочность на сжатие.
Бесплатно
Наполнители для полимерных композиционных материалов
Статья научная
Введение. Для производства изделий строительного назначения из ПВХ используются композиции, в которые наряду с полимером входят добавки: пластификаторы, стабилизаторы, модификаторы. Это приводит к снижению содержания хлора в композиции и повышает горючесть изделия. Поэтому в композиции добавляют наночастицы различных наполнителей. Наполнители ПВХ композиций (чаще неорганические, реже органические вещества) представляют собой твердые добавки, отличающиеся от полимерной матрицы химическим составом и структурой. В большинстве случаев основной функцией наполнителей является снижение горючести и удешевление получаемой продукции, в некоторых случаях они служат для придания или улучшения следующих свойств: снижение абсорбции пластификатора, изменение диэлектрических свойств, увеличение жесткости и твердости, снижение шумопроницаемости, снижение токсичности продуктов горения. Основная часть. Наполнители классифицируются по различным признакам. По агрегатному состоянию делятся на газообразные, жидкие и твердые. По своей природе они делятся на органические и неорганические; по источнику получения – на армирующие, упрочняющие, усиливающие, нейтральные; по размерам, форме частиц и структуре – на 4 основных вида: дисперсные (порошкообразые), волокнистые (волокна, нити, жгуты и т.д.), листовые (пленочные) с заданной структурой (ткани, бумага, ленты, листы, пленки, сетки), объемные (каркасные) с непрерывной трехмерной структурой (объемные ткани, войлок, скелетные и пористые каркасы). Чаще всего используются твердые наполнители, которые также называют дисперсными. Введение в полимерные композиционные материалы (ПКМ) дисперсных наполнителей более целесообразно для создания материалов массового производства, более технологичных, с невысоким уровнем прочностных характеристик. Дисперсные наполнители вводят в термопласты с высокой энергией разрушения для снижения их стоимости, повышения жесткости и прочности при сжатии и улучшения их технологических характеристик при переработке. При этом их прочность при растяжении и ударная вязкость снижаются вследствие уменьшения доли полимера в наполненной композиции. Введение твердых и жестких частиц приводит к повышению модуля упругости (Е), а мягких, эластичных или газообразных наполнителей – к его снижению. По механизму воздействия дисперсные наполнители можно разделить на инертные, которые не оказывают влияния на свойства матрицы и вводятся в ее состав для удешевления композиции, и активные. Дисперсные наполнители подразделяются на минеральные, органические и металлические. Наиболее распространенные из них – минеральные. Заключение. Таким образом, в настоящее время существует большое количество веществ и материалов, применяемых в качестве наполнителей и позволяющих получать ПКМ с низкой усадкой и стабильностью формы изделий, высокими механическими свойствами и необходимым набором специальных свойств. За счет наполнителей ПКМ могут в большинстве сфер человеческой деятельности конкурировать с другими материалами, такими как стекло, керамика и даже металл.
Бесплатно
Новые защитные покрытия на основе наночастиц серы, полученные из полисульфида калия
Статья научная
Введение. Пропитка новым раствором на основе полисульфида калия показала отличные результаты гидрофобизации цементного камня и цементно-песчаного раствора за счет образования наноразмерного водоотталкивающего покрытия на поверхности пор из наночастиц серы, образовавшихся в результате разрушения молекулы в процессе высыхания. Инновационный раствор на основе полисульфида калия относится к многосернистым соединениям, из которых в результате разрушения молекул полисульфида на поверхности формируется наноразмерный слой из частиц серы. Материалы и методы исследования. Для пропитки использовали растворы полисульфида калия разной плотности, свойства растворов проверяли на кубических образцах с ребром 40 мм, изготовленных на основе цемента и цементно-песчаного раствора. Характеристики частиц оценивали с помощью лазерного анализатора размера частиц, электронного микроскопа и дифрактометра. Результаты. Анализ показал, что средний размер частиц, образующих защитное покрытие, равен 20 нм, они имеют сферически симметричную форму и кристаллизуются в орторомбическую структуру кристаллической решетки. Обработка бетона раствором полисульфида калия обеспечивает образование на поверхности пор камня покрытия на основе наноразмерной серы, которое частично заполняет поровое пространство и, обладая гидрофобностью, уменьшает водопоглощение образцов в 2-3 раза, а водопоглощение образцов, пропитанных под вакуумом в течение 0,5 часов, снижается до значений 1,3-1,9%. Результаты и обсуждение. Модифицирование бетона разработанной нами пропиточной композицией раствором на основе полисульфида калия позволяет существенно снизить водопоглощение и, соответственно, повысить долговечность. Пропиточный раствор на основе полисульфида калия является устойчивым в интервале концентраций 1,15-1,35 г/см3, при пропитке проникает в поровую структуру бетона на уровне до 4 см и более, в зависимости от роста и структуры образца. При высыхании материала в его порах из полисульфидного раствора выкристаллизовываются наночастицы серы, частично заполняющие поровое пространство и формирующие защитное долговечное нерастворимое гидрофобное покрытие, затрудняющее проникновение воды в поры бетона, но сохраняющее его паропроницаемость, что важно для стеновых и облицовочных материалов. Выводы. Пропитка дорожных строительных материалов и изделий из бетона композицией на основе полисульфида калия улучшает их эксплуатационные свойства, повышает долговечность и стойкость к атмосферным воздействиям, что позволяет рекомендовать ее для применения в климатических условиях Российской федерации.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В условиях устойчивого строительства важной задачей становится разработка эффективных решений по переработке и повторному использованию золошлаковых отходов, образующихся при работе ТЭЦ. Современные исследования подтверждают потенциал золошлака как частичного заменителя традиционного песка в бетонных смесях. Однако большинство работ сосредоточено на традиционном бетоне и не учитывает специфические требования к реологическим свойствам и межслойной адгезии, критически важным для технологии 3D-печати. Методы и материалы. В исследовании использовались портландцемент М450, золошлак Усть-Каменогорской ТЭЦ, дроблёный песок и суперпластификатор MasterGlenium. Разработка бетонных смесей проводилась поэтапно: базовый состав, контрольный (с повышенным водоцементным отношением) и экспериментальные составы с заменой песка на 25% и 50% золошлака. Образцы изготавливались методом 3D-печати на строительном принтере S-6045 и испытывались на прочность, плотность, межслойную адгезию, а также подвергались микрои наноструктурному анализу. Результаты и обсуждение. В ходе экспериментов были разработаны бетонные смеси с 25% и 50% заменой песка золошлаковыми отходами, показавшие снижение плотности и прочности по сравнению с контрольным составом. Однако смеси с 25% золошлака сохранили удовлетворительную прочность, формоустойчивость и межслойную адгезию. Микрои наноструктурный анализ подтвердил связь между уплотнением структуры и физико-механическими характеристиками. Несмотря на ограничения, исследование продемонстрировало потенциал золошлаковых отходов ТЭЦ как компонента для 3D-печати при условии оптимизации состава и технологии экструзии. Заключение и выводы. Результаты исследований показали, что замена 25% песка золошлаковыми отходами является оптимальной для составов мелкозернистого бетона, предназначенного для 3D-печати. Такой подход позволяет повысить ресурсную эффективность и экологичность строительных технологий без ухудшения эксплуатационных характеристик готовых изделий.
Бесплатно
Получение ингибиторов коррозии, содержащих синергетические нанодобавки
Статья научная
Введение. Строительные материалы, изделия, и конструкции, и, в первую очередь, их поверхности, в течение длительной эксплуатации разрушаются, в основном, в результате двух видов воздействия: коррозионного, связанного с влиянием на материал внешней, агрессивной среды, и эрозионного, вызываемого механическим воздействием. Эффективным и широко применяемым средством защиты от коррозии является использование ингибиторов. Поиск эффективных методов противокоррозионной защиты металлов и сплавов обусловлен большим ущербом, наносимым коррозией не только в технологическом или экономическом плане. Не менее опасно ухудшение экологической ситуации, вызванной попаданием в окружающую среду продуктов коррозии либо токсичных реагентов. Ведущее место среди ингибиторов коррозии занимают гетероциклические соединения, а именно азотсодержащие соединения, в частности, производные имидазолинов. Методы и материалы. Нами был синтезирован 2-амилиденгидразиноимидазолинон-4 наминогуанидина, на основе которого получили антикоррозионные композиции с добавлением нанодобавок - производных несимметричных триазинов. Результаты. Синтезированные антикоррозионные композиции были испытаны электрохимическим и гравиметрическим методами в условиях кислой и модельной сред. Заключение. Полученные соединения обладают защитной способностью, и результаты свидетельствуют о перспективности использования композиций с нанодобавками - производных 1,2,4-аминотриазинов в качестве ингибиторов коррозии.
Бесплатно
Потенциометрический метод определения гидравлической активности кварцсодержащих порошков
Статья научная
Введение. Важным вопросом в технологии приготовления бетонной смеси является поиск путей эффективного использования свойств заполнителей (наполнителей) в твердеющих поликомпонентных системах. Самой распространенной вяжущей композицией является смесь вяжущей системы с измельченным кварцсодержащим полиминеральным песком. Известно, что микрокремнезем относится к активным минеральным добавкам (наполнителям), свойства которых принято характеризовать по количеству поглощенных из насыщенного известкового раствора ионов Ca2+. Сейчас известны прямые аналитические методы определения пуццолановой активности, которые отслеживают изменение содержания Ca(OH)2 во времени в ходе протекания пуццолановой реакции, и косвенные, которые направлены на определение физико-механических характеристик, отражающих способность исследуемого материала связывать свободный оксид кальция в устойчивые гидратные соединения. Ранее была подтверждена применимость потенциометрического метода анализа с использованием ион-селективного электрода с рCa-функцией для оценки пуццолановой активности высокодисперсных материалов. Следует отметить, что этот метод, функционально связанный с концентрацией определяемого компонента в испытуемом растворе, являются весьма эффективным с точки зрения экспрессности и трудоемкости. Поэтому целью исследований является апробация метода для микрокремнеземных систем, полученных способом механического помола полиминеральных песков различных месторождений. Для выполнения экспериментов были использованы пески месторождений Архангельской области. В качестве эталонного объекта для установления характера изменения функциональной взаимосвязи измеряемого потенциала электродной системы от объема добавляемого раствора Ca(OH)2 был выбран кварцевый песок (КП). Методы и материалы. Полиминеральный песок месторождения «Краснофлотский-Запад» относится к аллювиально-морским современным четвертичным отложениям (am IV). Песок месторождения «Холмогорское» - это кварцево-полевошпатовый песок, который относится к аллювиальным современным четвертичным отложениям (a IV). Минералогический состав полиминеральных песков определен полуколичественным методом с помощью бинокулярного микроскопа МБС-1. Тонкодисперсные порошки песков получали методом сухого механического помола на планетарной шаровой мельнице Retsch PM100. Удельную поверхность порошков определяли методом газопроницаемости Козени-Кармана на установке ПСХ-10а. Для проведения потенциометрического анализа была собрана установка, представляющая собой электродную пару из измерительного электрода с pCa-функцией и электрода сравнения, подключенных к иономеру Эксперт-001-3.0.1 и погруженных в стеклянный стаканчик вместимостью 100 мл. Перемешивание реакционной системы осуществлялось с помощью магнитной мешалки. Калибровку электрода проводили по стандартным растворам хлорида кальция с разной концентрацией. Для определения сорбционной способности кремнеземсодержащего сырья предварительно готовили раствор извести и суспензию из проб тонкодисперсных порошков песков. В полученную суспензию последовательно добавляли известковый раствор и проводили измерение ЭДС (потенциал) системы при постоянном перемешивании. Далее рассчитывали концентрацию ионов кальция Сф по предварительно установленной калибровочной зависимости. Для определения активности строили зависимость между значениями задаваемой концентрации ионов кальция в растворе извести при добавлении ее определенного объема в суспензию исследуемых песков и значениями концентрации, полученными потенциометрическими измерениями. Результаты и обсуждение. Полученные тонкодисперсные порошки кварцсодержащих полиминеральных песков имели следующие значения удельной поверхности: кварцевый песок - 1020±31 м2/кг, Краснофлотский Запад» - 465±14 и «Холмогорское» -450±14 м2/кг. Приведенные данные позволяют проводить сравнительный анализ экспериментальных потенциометрических измерений. Вместе с тем зависимость измеряемого потенциала от концентрации ионов кальция в растворе для суспензии кварцевого песка может быть использована в качестве некоторого эталона в связи с значительно более высокой удельной поверхностью порошка, а следовательно, более ярко выраженной зависимостью Е = f(VROf). Полученная зависимость измеряемого потенциала электродной системы от объема добавляемого раствора Ca(OH)2 в суспензию кварцевого песка (в качестве эталонного образца) и дистиллированную воду (в качестве холостого опыта) показали, что характер изменения функциональной взаимосвязи анализируемых двух образцов (КП и H2O) различен, что свидетельствует о достаточной чувствительности используемого ион-селективного электрода к уровню задаваемых концентраций извести в растворе.
Бесплатно
Преобразование отходов добычи известняка-ракушечника пропиткой полисульфидными растворами
Статья научная
Представлены данные исследований эффективности пропитки «Аквастат» отходов, образующихся в результате разработки месторождений известняка-ракушечника. В результате пропитки песка коэффициент водопоглощения претерпевал существенное снижение от 7 до 17 раз, при этом коэффициент водопоглощения снижается с 32,5% для исходного до 1,9% пропитанного. Даже при обработке слабо концентрированным (р = 1,17 г/см3) раствором полисульфида кальция коэффициент водопоглощения снижался до значения, равного 4,5%. В результате пропитки щебня из известняка-ракушечника раствором полисульфида кальция коэффициент водопоглощения снижается с 25,0% для необработанного до 5,2% для обработанных, причем снижение коэффициента водопоглощения больше для концентрированных растворов. Выявлено, что плотности раствора, равного 1,24 г/см3, достаточно для снижения коэффициента водопоглощения до значения, равного 5,2%, такого же как и для значения плотности равного 1,35 г/см3...
Бесплатно
