Исследование свойств наноматериалов. Рубрика в журнале - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Carbon-containing modifier for fluoranhydrite binder
Статья научная
Introduction. In order to widen the functionality of construction and building materials and widespread electrically conductive building constructions, it is highly recommended to reduce cost of the solutions. This can be achieved by replacing binders with the industrial by-products. At the same time, there are a few articles about adjustment of electrically conductive properties of materials based on by-product binders and this field is of a great importance. Also, highly dispersed particles in modifiers and their role might be considered as important to find out, especially when such additives are used to improve structure and properties of composites. Methods and materials. To study the possibility of controlling the electrical properties of the matrix, compositions based on fluoroanhydrite, sodium sulfate as a hardening activator, and UPC-MIX-1 suspension as an electrically conductive additive, were made. The effect of UPC-MIX-1 suspension on the electrical performance and structure formation of a mineral matrix containing dispersed carbon black particles was studied. The polydisperse nature of the modifying additive and the ratio of the nanodispersed and microdispersed parts of the solid phase were determined. Indicators for calculating the specific volumetric electrical resistance were determined by the probe method. The influence of the dispersed additive on the characteristics of the fluoroanhydrite composite was evaluated by standard laboratory methods. Features of structure formation were evaluated using the methods of physicochemical analysis. Results and discussion. It was confirmed that a fluoranhydrite-based mineral binder with sodium sulfate has moderate physical mechanical properties and might be used as a substitute for gypsum binder. The usage of an electrically conductive additive as a modifier enhances such mechanical properties as flexural compressive strength and compressive strength which increase by 51% and 65% correspondingly. Also, hydro physical properties have been improved, for instance the coefficient of softening for the FD-4 sample has increased by 39%, and the water absorption by mass for the same sample has decreased by 36%. Specific volume electrical resistance has decreased by 49-52% and equals13,6 kOm • cm, 8% of electrically conductive additive being added. The physical and technical properties of the presented composite are due to significant changes of the physical and chemical properties including the features of structure formation. Conclusions. The obtained compositions require extra optimization in order to be used as a heating component. At the same time, the achieved electrical conductivity is sufficient to level the electrostatic effect of self-leveling floors. Regularities in the formation of the structure of the fluoroanhydrite composite have been established, which manifest themselves in the formation of a larger number of contacts for the intergrowth of crystalline hydrate new formations ensured by the presence of a nanodispersed part in the modifying additive.
Бесплатно
Design and research of Nielsen arch bridge with fully composite structure system
Статья научная
China is the kingdom of arch bridges. Based on the principle of structural elastic potential energy standing value, the innovative application of the design theory of composite arch bridge bending and compression is presented, optimize the design of composite structural arch bridge arch axis, and propose the design and construction method of medium-bearing composite Nielsen arch bridge. The design of the medium-bearing composite Nielsen arch bridge is carried out, its structural strength, stiffness and stability are analyzed by finite element analysis. By simulating the parameters of arch axis, sagittal span ratio and arch section, the convergent composite arch axis with solid web foot section is adopted to improve the economic spanning capacity of the composite Nielsen arch bridge and expand the adaptation range of large span arch bridge in plain area or soft base area.
Бесплатно
Destruction of stable emulsions using nanodispersed fullerenes
Статья научная
Introduction. This article describes the results of the destruction processes studies of stable emulsion suspension sludge systems, conducted by the authors. Destruction processes are achieved by adding nanoparticles to demulsifying compositions. Currently, there is no universal composition demulsifier that effectively destroys emulsions formed in oil sludges. Research methods. To deal with this issues, the authors have conducted research on the creation of an effective demulsifier containing nanosized particles of fullerenes. The studies were carried out with dispersed oil-slurry emulsion-suspension systems, selected from open storage ponds of enterprises of JSC «Tatoilgaz» and JSC «TAIF-NK». For the destruction of the oil-containing system of the emulsion-suspension type, a composite mixture of complex action has been developed, which includes anionic wetting agents, nonionic surfactants, flotation reagents, detergents and alkaline buffer solutions that provide the required value of a constant indicator of the acid-base balance of the aqueous medium. Results and its discussion. A composite demulsifying mixture of complex action, which increases the effectiveness of the wetting washing action of surfactants, namely, the diphilic structure of the dispersed medium changes to hydrophilic, that is, the contacts of particles having a monophilic surface with the hydrocarbon phase of the emulsion medium are broken. When particles pass into the water volume from the phase separation boundary, the layer on the surface of the emulsified water is destroyed. The dehydration time of petroleum products is reduced by almost 2 times. Conclusion. During the research, the intensification and increase of the efficiency have been successfully reached.
Бесплатно
Three-Arch, Three-Cable Face Steel-Sided Rigid Tie Composite Arch Bridge
Статья научная
This essay proposes a new structural system for a large span three-arch, three-cable face steel edge main beamrigid tie composite arch bridge. The authors invented a new structural form of a steel edge main girder rigid tie, and developed and designed a key arch-bar three-dimensional six-way space node structure. The analysis of results show that: compared with the traditional arch bridge, the large span three-arch three-cable face steel-sided main beam rigid ties composite arch bridgeis beautiful in shape, hasareasonable structure and efficient construction. It is a high-strength, high-performance composite structural system, with better strength, stiffness, stability and dynamic performance, which overcomes the large span ultra-wide bridge deck arch bridge horizontal thrust, poor transverse stability, and the key technical problems of acable joint control. The proposed structural form has a wide range of engineering application prospects.
Бесплатно
Влияние наноуглеродных наполнителей на свойства композиционных материалов
Статья научная
Введение. Наиболее перспективным в настоящее время является метод ремонта, заключающийся в использовании композиционных материалов для заделки трещин и трещиноподобных дефектов. Для этого композит должен обладать высокой текучестью в жидком состоянии, достаточной для заполнения полости дефекта, адгезией к стали, необходимой для скрепления берегов трещины, и пластичностью, которая позволит ему компенсировать деформационные сдвиги при циклическом и статическом нагружении конструкции. Методы и материалы. Изучались композиционные материалы с наноуглеродными наполнителями, в качестве которых использовали фуллерены, нанотрубки и графен. Решение поставленных задач осуществлялось при помощи стандартных и самостоятельно разработанных методик, методов статистической обработки данных и применения современных программных комплексов. Результаты и их обсуждение. Композиционный материал с фуллереном в качестве наполнителя демонстрирует стабильно высокую текучесть по сравнению с другими исследованными композитами. Это позволяет рекомендовать его для заделки трещин с небольшой шириной раскрытия. Композит с наполнителем УНТ сохраняет жидкотекучесть на одном уровне в среднем около 35 минут. Он может быть использован в качестве ремонтного материала в том случае, когда расположение дефекта не позволяет провести его заделку в короткий промежуток времени. Заключение. Проведенные исследования позволяют решить прямую и обратную задачу: а) изучение свойств композиционного материала и проектирование его структуры дают возможность определить, подходит ли он для заделки конкретной геометрии трещины; б) для обнаруженной трещины с определенной конфигурацией полости можно осуществить подбор оптимальных свойств композита, изменяя его состав.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В данной статье описаны результаты исследований процессов влияния добавок на основе углеродных нанотрубок на фазовый состав цементных растворов, применяющихся при цементировании скважин. Качество работ по цементированию и обеспечению герметичности обсадной колонны является достаточно важным с точки зрения обеспечения экологических требований к окружающей среде. Методы исследования. Для решения этой проблемы модифицировали тяжелый бетон углеродной нанодобавкой. Для исследований был выбран цементный камень, полученный при нормально-влажностном отвердевании. Цементный раствор ЦЕМ III/A32.5H затворяли водопроводной водой для отвердевания, предварительно в ней размешивая суспензию углеродных нанотрубок в водном растворе смеси гидрофобизатора и гиперпластификатора. Для обеспечения однородной и высокодисперсной структуры этой суспензии ее составляющие компоненты подвергались предварительной диспергации в ультразвуковом поле. Результаты и их обсуждение. Определили оптимальное соотношение углеродных нанотрубок в составе цементного раствора, которое составило от массы цемента 0,005% для однослойных углеродных нанотрубок и 0,0005% - для многослойных. Был изучен процесс влияния выбранных модификаторов на продукты гидратации и фазовый состав цементного раствора. Добавка комплексного действия, включающая в себя однослойные углеродные нанотрубки, была диспергирована в растворы смеси поверхностно-активных веществ гидрофобного и гидрофильного типов, что позволило увеличить прочность цементных растворов до 55%. Вывод. С точки зрения модификации наиболее эффективными являются однослойные углеродные нанотрубки.
Бесплатно
Исследование влияния наночастиц цеолита на некоторые свойства тампонажного портландцемента
Статья научная
Введение. Визуализация микроструктуры цемента является новой областью неразрушающего исследования материала. Некоторые данные могут быть доступны с помощью одного метода, но недоступны с помощью другого, потому что существует несколько физических и химических механизмов, которые могут вызвать распад цемента. Для количественной и качественной оценки цементного камня необходимо исследовать его как сложный многофазный композиционный материал, идентифицировать его кристаллические фазы и оценить точный размер его наночастиц.
Бесплатно
Исследование свойств наноматериалов
Статья научная
Для улучшения физико-механических свойств дорожных покрытий активно разрабатываются новые материалы с добавлением наномодифицированных добавок. Авторы исследуют свойства дорожного нефтяного битума с добавлением наноматериала Таунит. На начальной стадии нефтяной битум нагревали до 100оС. Далее добавляли углеродный наноматериал «Таунит». После этого смесь перемешивали в ультразвуковом гомогенизаторе до тех пор, пока углеродный наноматериал не был равномерно распределен по всему объему. Процесс охлаждения полученной структуры проводился до конца процесса кристаллизации. Затем испытывают образцы на растяжение и прочность с постоянной скоростью деформации или нагрузки до момента разрыва на испытательных машинах. Смешивание с другими компонентами асфальтобетона в стандартном режиме происходит после наномодификации битумной смеси. При повышенных температурах битумная смесь сохраняет свойства эффективного связующего. Выявлено, что модифицированный углеродный битум обладает хорошими термическими свойствами, а именно имеет более высокую температуру размягчения (At находится в диапазоне от 6 до 10°С). Показатель, который косвенно характеризует степень твердости битумных растворов, находится в пределах ГОСТов, снижается на 15-20%.
Бесплатно
Исследование свойств наномодифицированных древесно-полимерных композитов на основе полиэтилена
Статья научная
Введение. Полиэтилен на сегодняшний день является наиболее популярным полимером при производстве древесно-полимерных композитов как в России, так и в других странах. Несмотря на это, данные композиты имеют ряд недостатков: низкую адгезию между полимерной матрицей и древесным наполнителем, ухудшающую прочностные характеристики изделий, высокую эластичность и низкую атмосферостойкость. В промышленности для решения данных проблем зачастую применяют комплексные добавки в виде гранул, включающие в себя связующие агенты, лубриканты, различные термо- и УФ- стабилизаторы. Методы и материалы. Получены новые экспериментальные данные о технологических и эксплуатационных характеристиках древесно-полимерных композитов на основе полиэтилена низкого давления, модифицированных комплексной процессинговой стабилизирующей добавкой. Помимо стабилизаторов и лубрикантов для облегчения процесса экструзии данный комплекс содержит 30% многослойных углеродных нанотрубок. Изделия из древесно-полимерных композитов в основном предназначены для наружного применения в условиях механических нагрузок, что предъявляет к ним особые требования по прочности, атмосферо- и водостойкости. Результаты и обсуждение. Установлено увеличение механических характеристик, прочность при растяжении возросла на 35% при 2,6 м.ч. комплексной добавки, прочность при изгибе возрастает на 12% при 53,3 м.ч. Также наблюдается снижение абразивного износа и водопоглощения модифицированных образцов. Все образцы независимо от содержания добавки имеют насыщенный цвет, свидетельствующий о равномерном распределении модификаторов по объему расплава ДПК при переработке в экструдере. Заключение. Осуществлено введение комплексной процессинговой стабилизирующей добавки в состав древесно-полимерного композита на основе полиэтилена. Результаты исследований показали, что добавка в широкой области концентраций способствует улучшению технологических и эксплуатационных свойств получаемых композитов.
Бесплатно
Моделирование гибкости нанокомпозитных трубопроводов
Статья научная
Трубы для нефтегазопроводов из нанокомпозитных материалов находят все более широкое применение. Наиболее распространено изготовление композитных трубопроводов намоткой стекловолокна на вращающуюся оправку. При непрерывной намотке имеется возможность выбора угла укладки нитей – так называемого угла армирования. В зависимости от его значения, а так же от угла кривизны трубопровода при отклонении его оси от прямолинейного направления показатели прочности трубы изменяются. В статье рассмотрено моделирование поведения гибкости композитного трубопровода криволинейной формы. Именно криволинейные трубопроводы находятся в наиболее сложных условиях эксплуатации, сопровождающихся проявлением эффекта Кармана в углах поворота трубы. В качестве параметра моделирования принят коэффициент увеличения гибкости трубы. Влияющими факторами выступают угол армирования композита и угол кривизны оси трубопровода. Анализ результатов расчета, выполненного ранее, показал, что в диапазоне углов армирования от 0о до 85о динамика коэффициента увеличения гибкости трубы различна. Разработаны математические модели для двух диапазонов значений коэффициента увеличения гибкости композитной трубы. Ошибка моделирования в среднем составляет не более 2%.
Бесплатно
О свойствах наномодифицированных цементных камней
Статья научная
Использование нанотехнологий в строительной отрасли позволяет повысить её эффективность. Использование наномодифицированных материалов даёт возможность снизить капитальные затраты. В настоящее время для строительной индустрии актуально внедрение наноматериалов. В качестве наномодификаторов можно применять углеродосодержащие структуры. Выбрали углеродный нанотубулярный материал TUBALL производства ООО «OCSiAl.ru». Для проведения исследований использовались образцы однослойных и многослойных углеродных нанотрубок в составе цементного тяжелого бетона. Экспериментально определялась оптимальная дозировка углеродных нанотрубок в составе цементного бетона. При проведении исследований выявлено, что добавление углеродных нанотрубок TUBALL в цементную композицию способствовало образованию сетчатой структуры, которая оказывает сопротивление образованию усадочных наноразмерных трещин в цементном растворе, способствует появлению новообразований в виде гидросиликатов кальция, повышает на старте периода гидратации концентрацию ионов кальция. Рассмотрели влияние модифицированных исследуемых нанодобавок в составе комплексной добавки на механические свойства цементной композиции. Изучили комплекс механических свойств цементного наноармированного камня в процессе цементирования затрубного пространства добывающих скважин рентгеновским и термическим методами анализа, это подтвердило эксперименты с применением электронной и оптической микроскопии. Исследовали микроструктурные элементы цементного образца с применением высокоразрешающего автоэмиссионного сканирующего электронного микроскопа Merlin компании CARL ZEISS. Установлено, что добавление комплексной наномодифицированной добавки TUBALL способствует ускорению набора прочности цементного композита на ранней стадии твердения, уменьшению значения усадочных нанотрещин, что, в свою очередь, положительно характеризует качество контактов на границах цемент-обсадная колонна, порода-цемент
Бесплатно
Очистка воды от маслонефтепродуктов с помощью нанопористых супергидрофильных материалов
Статья научная
Введение. В статье представлены результаты исследования физико-химических свойств нового фильтрующего материала, оценки его гидрофильных и олеофобных свойств, а также эффективности разделения прямых эмульсий в лабораторных и промышленных условиях. Методы и материалы. В качестве основы для создания нового фильтрующего материала была выбрана природная смесь минералов со значительным преобладанием кремнезема, также включающая в себя небольшие количества слоистых гидросиликатов (слюды, глина), которые обеспечивают прочность конечного гранулированного продукта при сохранении пористости и гидрофильных свойств поверхности. В исследованиях использовались гранулы сферической формы различного фракционного состава, полученные в результате сушки, гранулирования и обжига. Перед фильтрацией гранулы пропитываются водой с целью образования вокруг каждой гранулы водяной оболочки, которая обеспечивает защиту гранул от загрязнения маслонефтепродуктами и легкую очистку фильтра путем обратной промывки в режиме псевдоожижения. Для лабораторного исследования параметров разделения водонефтяных эмульсий был сконструирован тестовый стенд. В работе применялся комплекс различных инструментальных физико-химических методов исследования. Результаты. Приведены химический и минеральный составы разработанного фильтрующего материала, результаты его рентгено-структурного анализа, микрофотографии измельченного субстрата, полученные с помощью растрового электронного микроскопа, а также характеристики пористой структуры (распределение пор по размеру и совокупный объем пор материала гранул), определенные методом низкотемпературной адсорбции азота. Представлены результаты лабораторных и опытно-промышленных испытаний разделительной и накопительной способности фильтрующего материала. Обсуждение. Полученные данные обосновывают тот факт, что разработанный материал обладает ярко выраженными гидрофильными свойствами, а после создания водяной оболочки - олеофобными. При исследовании разделения двух жидких несмешивающихся фаз в процессе фильтрации через полученные гранулы было обнаружено значительное возрастание эффективности фильтра после достижения определенного количества удержанных фильтром маслонефтепродуктов. Возрастание эффективности фильтра связано с образованием протяженной структуры, которую авторы назвали «жидкостной сетью», образованной уловленными маслонефтепродуктами. Нити «жидкостной сети», образующиеся в зазорах между гранулами, уменьшают размеры каналов, что увеличивает эффективность улавливания более мелких капель маслонефтепродуктов. Выводы. Полученные нанопористые гранулы фильтрующего материала обладают супергидрофильностью и, за счет создаваемой вокруг них водяной оболочки, обеспечивают: защиту гранул от загрязнения содержащимися в очищаемой воде маслонефтепродуктами; эффективную (и не снижающуюся со временем) регенерацию фильтра путем обратной промывки в режиме псевдоожижения; качество очистки воды от маслонефтепродуктов на уровне самых дорогостоящих методов очистки. Перспективы внедрения. Разработанная технология «ОреФильтр» прошла опытно-промышленную апробацию на более полусотни производственных объектов различных отраслей промышленности (в основном, связанных с нефтедобычей и переработкой нефти) в России и зарубежных странах. Осуществляется тестирование технологии на промышленных объектах Ближнего Востока, Канады, США, Бразилии и Австралии. Промышленные фильтрационные установки, использующие технологию «ОреФильтр», уже эксплуатируются на российских предприятиях, работают в Швеции и Германии. Опытно-промышленные исследования доказали эффективность применения разработанной технологии: в пищевой промышленности; на заводах по производству моющих средств и мыла; на горно-обогатительных комбинатах; при очистке портовых балластных и льяльных вод, загрязненной воды после мойки нефтеналивных танкеров; в рыбоводстве; в морских океанариумах и дельфинариях.
Бесплатно
Применение наноматериалов в теплоизоляции трубопроводов
Статья научная
Применение нанотехнологий в строительстве позволит повысить его энергетическую эффективность. Использование наноматериалов даст возможность уменьшить затраты. В настоящий момент для строительной отрасли актуален поиск наномодифицированных материалов. В качестве нанодисперсных модификаторов применяют различные углеродосодержащие структуры. Выбрали разновидность углеродного наноматериала, как «Таунит». Этот наноматериал представляет собой пакетированные многослойные нанотрубки с конической формой графеновых слоев. Для выполнения исследований рассмотрены образцы цементов пенобетона. Для улучшения физико-механических свойств цементного образца применили наночастицы вытянутой формы, которые обладают достаточно высокой прочностью. Эти частицы армируют раствор цемента, одновременно являются центрами кристаллизации и увеличивают прочность наноматериала. В процессе проведения экспериментов в пенобетон добавили углеродные нанотрубки «Таунит» в объеме 0,005–0,0005% от массы цемента. При изготовлении наномодифицированного пенобетона важно обеспечить равномерное распределение наночастиц. Исследуемые сколы цементного камня напыляли сплавом Au/Pd в вакуумной установке Quorum 150T ES в со- отношении 80/20. Микроструктуры твердотельных образцов цементного материала исследовали с применением высоко- разрешающего автоэмиссионного электронного микроскопа Merlin компании CARL ZEISS. При введении многослойных углеродных нанотрубок марки «Таунит» в цементный раствор рельефная микроструктура цемента отличалась неоднородной и рыхлой структурой. В процессе испытания на прочность исследуемых образцов были получены следующие результаты: при изгибающих нагрузках цементного раствора после 7 суток процесс затвердевания повысился на 35%, а после 28 суток – на 30%; при сжимающих нагрузках процесс увеличения прочности составил 42% и 22% соответственно, по отношению к первоначальному составу цементно-песчаного раствора без добавления наномодифицированных частиц. Добавление в цементный камень нанодисперсных модификаторов позволило увеличить прочность бетонов и пенобетонов. На основе полученного наномодифицированного пенобетона предлагается устройство теплоизоляции трубопроводов.
Бесплатно
Цементный камень на кварцезолоцементном вяжущем
Статья научная
Введение. Одним из перспективных направлений в формировании структуры бетона на минеральном вяжущем с заданными эксплуатационными свойствами является ведение в состав вяжущего ультрадисперсных наполнителей (наномодификаторов). В качестве наномодификаторов использовали активированные отходы кварца и золы гидроудаления. Присутствие наноразмерных частиц в вяжущем может существенным образом изменить процессы гидратации и твердения бетонной смеси. Методы и материалы. В качестве материалов для цементного камня на кварцезолоцементном вяжущем использовали кварцевые отходы от производства особо чистого кварцевого концентрата как усилителя пуццолановой активности к золам гидроудаления, золы гидроудаления Омской ТЭЦ-5, цемент. Наномодификатор получали при механической, механогидравлической (H2O) и механогидрохимической (H2O + добавка Мегалит С-3МЛ) активациях. Активация кварцезоловой смеси проводилась в мельнице непрерывного действия роторного типа. При механическом способе осуществляется только механическая активация, при механогидравлическом способе механическая, гидравлическая, турбулентная и акустическая активации, а при мехногидрохимическом способе - все способы гидравлической активации, и химическая. Результаты и обсуждения. В статье исследован цементный камень на кварцезолоцементном вяжущем (активированные кварцевые отходы и золы гидроудаления Омских ТЭЦ-5, цемент). Рассмотрены технологии активации кварцезоловой смеси путем увеличения удельной поверхности дисперсной фазы для производства кварцезолоцементного вяжущего различного назначения. Полученные результаты весового распределения частиц зол гидроудаления и кварца до и после активации показывают, что средний размер диаметра частиц составляет от 25 до 1,5 мкм (наноразмерных частиц) при удельной поверхности от 967 до 7729 см2/г. Заключение. Применение наноразмерных частиц в кварцезоловой смеси позволяет увеличить прочностные характеристики цементного камня от 23 до 59%. Использование кварцевых отходов от производства особо чистого кварцевого концентрата и зол гидроудаления Омской ТЭЦ-5 с применением предложенных технологий их активации позволит улучшить структуру цементного камня на кварцезолоцементном вяжущем за счет повышения плотности упаковки и химической активности наноразмерных частиц в процессах фазообразования гидратных соединений, что снизит межзерновую пустотность между непрогидратированными зернами цемента и улучшит физико-механические характеристики цементного камня. Использование активированных кварцевых отходов с повышенной удельной поверхностной энергией как высокореакционного пуццолана способствует получению более прочного и долговечного цементного камня.
Бесплатно
