Применение наноматериалов и нанотехнологий в строительстве. Рубрика в журнале - Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал
Антистатические полимерные материалы
Статья научная
Введение. В связи с растущим спросом к условиям жизни и работы в гражданском и промышленном строительстве возрастает необходимость в качественных строительных материалах, обладающих требуемым набором эксплуатационных свойств. Полимерные армированные композиционные материалы являются перспективными материалами в строительной индустрии благодаря их высокой прочности, долговечности, надежности и экономичности. Полимеры, такие как поливинилхлорид, полиуретаны, полиакрилаты, эпоксидные смолы, полипропилен, используются в строительстве для изготовления элементов декора, наливных полов, покрытий приборов и оборудования. Однако применение полимерных материалов создает риски поражения электрическим током в связи с генерацией статического заряда. Применение электропроводящих наноматериалов в качестве наполнителей позволяет снизить удельное сопротивление полимерных материалов и замедлить поток электрических зарядов. Основная часть. В настоящей обзорной статье приведены достоинства и недостатки антистатических добавок для полимерных материалов, применяемых в промышленности и в строительной индустрии. Заключение. Анализ литературы показал, что за последние семь лет наибольшее число работ посвящено углеродным материалам в качестве антистатических добавок (8 статей), наночастицам металлов и оксидов металлов (7 статей), ионным жидкостям (7 статей), полианилину (7 статей). Наиболее изученными параметрами антистатических полимерных материалов являются удельное поверхностное RS и объемное RV сопротивление. Согласно данным рассмотренных статей, наночастицы металлов и оксидов металлов являются наиболее подходящими антистатическими добавками к полимерным материалам, поскольку хорошо диспергируются в полимерной матрице. Однако необходимы дальнейшие исследования для устранения негативного влияния наночастиц на механические свойства полимерных материалов.
Бесплатно
Влияние лазерной обработки на композитные пленки с нанодисперсным SiO2
Статья научная
Введение. Исследование направлено на изучение влияния лазерной обработки на композитные пленки, полученные на основе полиимидных трековых (ядерных) мембран и наполненных нанодисперсным SiO2; на изменение их оптических и структурных свойств. Материалы и методы исследования. Полиимидные трековые (ядерные) мембраны использовались в качестве полимерной матрицы. Диаметр треков 200 нм, толщина мембраны 25 мкм. Заполнение треков нанодисперсным SiO2 проводили путем гидролиза тетраэтоксисилана в присутствии трековых мембран. Для модифицирования поверхности композитной пленки использовали иттербиевый импульсный волоконный лазер Minimarker 2-20 A4 PA. Было изучено изменение микроскопии поверхности композитных пленок, их оптическая плотность, ИК-Фурье спектры и смачиваемость поверхности в зависимости от лазерной обработки. Результаты и обсуждение. Установлена возможность создания композитной пленки на основе полиимидной трековой (ядерной) мембраны и нанодисперсного SiO2 путем гидролиза тетраэтоксисилана в присутствии мембраны. Методом энергодисперсионного анализа показано, что оксид кремния полностью заполнил объем пор трековой мембраны. Лазерное модифицирование поверхности композитного материала (композитной пленки) приводит к увеличению краевого угла смачивания от θ = 66,75 ± 1,55° до θ = 101,52 ± 3,03°. Таким образом, материал приобретает гидрофобные свойства. Также модифицирование пленок лазером оказывает положительный эффект на коэффициент пропускания пленок, а именно данный коэффициент увеличивается. Наибольшие изменения наблюдаются в инфракрасной области излучения, средний прирост пропускания составляет +70,48%. Заключение. Полученные результаты исследования представляют важное значение для понимания механизмов создания композитных пленок с улучшенными оптическими свойствами, что в дальнейшем может быть использовано для создания композитных пленок с заданными оптическими свойствами для различных областей применений.
Бесплатно
Влияние наноструктурного модификатора из автомобильных покрышек на потребительские свойства битума
Статья научная
Введение. Крекинг резины отработанных покрышек совместно с органическими растворителями приводит к девулканизации резины и диспергированию материала до наноразмерных частиц. Процесс может быть осуществлен в проточном реакторе. Полученные наномодификаторы совместимы с битумом и предсказуемо изменяют технические характеристики битумного вяжущего. Предложены различные практические решения по использованию полученных модифицированных битумных вяжущих в дорожном строительстве и для укрепления грунтов. Методы и материалы. Предложено использовать метод совместного с органическими растворителями крекинга резины для получения наноноструктурного модификатора битума. Полученный наноструктурный модификатор исследован методами анализа размеров наночастиц и растворимости в толуоле. Для битумных вяжущих, полученных с применением наномодификаторов, определены стандартные для битумов характеристики, такие как глубина проникновения иглы, температура размягчения, температура хрупкости и растяжимость. Результаты и обсуждение. Установлено, что в ходе предложенного процесса образуется наноструктурный модификатор, совместимый с битумом. Показано, что добавление наномодификатора к битуму позволяет направленно изменять свойства получаемого битумного вяжущего, улучшает потребительские свойства битумного вяжущего и расширяет области его применения. Предлагается применить полученный продукт для гидроизоляции подземных частей зданий и сооружений в составе гидроизоляционных мастик. Заключение. Совместный с органическими растворителями крекинг резины в проточном реакторе позволяет получить наноструктурный модификатор, совместимый с битумом. Полученный продукт обладает улучшенными свойствами в сравнении с исходным битумом, что расширяет область его применения. Предлагается применение полученного продукта для изготовления гидроизоляционных мастик. Предложенные технические решения позволяют снизить экологическую нагрузку отходов автомобильных покрышек.
Бесплатно
Высокопрочная стеновая керамика на основе фосфорного шлака и бентонитовой глины
Статья научная
Введение. Одним из перспективных способов получения высокопрочной керамики является метод полусухого прессования композиции «грубодисперсный компонент - тонкоизмельченная связка» с использованием в качестве ядра дробленых отходов промышленности, связующим материалом является тонкомолотая наноструктурная легкоплавкая глина. Методы и материалы. В исследованиях в качестве пластичного материала использована бентонитовая глина Дарбазинского месторождения Туркестанской области, а непластичного грубодисперсного материала - плотный закристаллизованный фосфорный шлак - отход фосфорного производства. Изучение влияния рецептурных факторов на основные физико-механические свойства керамических стеновых материалов выполняли методом симплекс - решетчатым планированием экспериментов. Методом электронно-микроскопического анализа исследованы наноструктура композиции из фосфорного шлака и бентонитовой глины. Результаты. При содержании связки в количестве 25%, гарантирующей плотность упаковок, эффект спекания становится достаточным, и прочность образцов составляет 27,1 МПа. С увеличением количества связки с 25 до 40% эффект спекания продолжает возрастать, и прочность образцов достигает 54,3 МПа. Обсуждение. Приведенные результаты показывают, что наиболее активное спекание и формирование плотных структур в грубозернистых композициях с высококальциевым фосфорным шлаком происходит при содержании 40-60% связки. Наличие плавня вокруг зерен шлака в количестве менее 30% способствует получению менее плотных образцов, при содержании 40% связки наблюдается повышение плотности, что соответствует моделированию смешанных структур керамики. Заключение. Для получения высокопрочного керамического кирпича содержание грубодисперсного компонента в виде фосфорного шлака фракции менее 1,25 мм должна составлять 60-70 %, тонкомолотого фосфорного шлака 5-10 %, бентонитовой глины 20-30%. Оптимальные технологические показатели: температура обжига 1050-1100оС, давление прессования 20-25 МПа, влажность пресспорошка 7-8%.
Бесплатно
Древесно-полимерные наномодифицированные строительные композиционные материалы
Статья научная
Введение. Преимуществами наномодифицированных композитов строительного назначения на основе поливинилхлорида (ПВХ) являются повышенные по сравнению c другими прочностные показатели [1]. Композитные наноматериалы на основе растительного сырья являются универсальным материалом, свойства которого можно модифицировать добавками и технологией переработки для получения очень большой номенклатуры изделий в различных областях применения, в частности, для строительства, получения декинга, уличной и садовой мебели, сайдинга, штакетников, тары и поддонов и многого другого. Исследование направлено на изучение влияния различных добавок на технологические и эксплуатационные свойства получаемого композита. Наномодифицированные композиты на основе ПВХ превосходят полиолефиновые композиты по жесткости и прочности, имеют высокую светостойкость и устойчивость ко многим химическим веществам и сравнительную дешевизну исходного сырья [2]. Методы и материалы. Целью данного исследования является определение компонентного состава композиционных материалов, обеспечивающих высокую эффективность стабилизирующей системы против термодеструкции, повышающие текучесть расплава полимера, снижающие водопоглощение и придающие достаточно высокую атмосфероустойчивость, в связи с чем изделия из него могут с успехом применяться в области строительства.
Бесплатно
Железооксидный пигмент как красящий нанонаполнитель декоративно-бетонных изделий
Статья научная
Введение. Современные исследования, посвященные изучению эксплуатационных свойств декоративных бетонов, при добавлении к бетонной смеси нанопигментов несут больше рекомендательный характер. В научной литературе чаще всего при создании элементов благоустройства рекомендуется введение пигмента в количестве около 5% от общей массы цемента. Все описанные рекомендации чаще всего показывают возможность использования нанопигментов с точки зрения влияния количества применяемой нанодобавки на однородность текстуры покрытия. Также учитываются такие характеристики, как интенсивность и время сохранения полученного цвета. В нашей стране нет утвержденных нормативных документов, регламентирующих способы использования пигментов для окрашивания бетонов. Пигменты получают в основном из оксидов железа вследствие их доступности и низкой токсичности для организма человека, являются перспективными наноматериалами в строительстве. Методы и материалы. Исследование направлено на применение железоокисного пигмента, полученного из отработанного железооксидного катализатора дегидрирования, в качестве красящего нанонаполнителя и улучшающего прочностные характеристики декоративно-бетонных изделий. Отработанные железооксидные катализаторы, содержащие частицы оксидов железа, рассматриваются как побочный продукт химического производства. Целью данного исследования является применение пигмента (в виде Fe2O3 и Fe3O4), полученного из состава отработанного железооксидного катализатора в качестве дополнительного вяжущего и красящего наноматериала в составе декоративнобетонных изделий. Эффект оценивали путем тестирования механических свойств, таких как прочность, цветность, водопоглощение, водо- и морозоустойчивость.
Бесплатно
Интеллектуальная система диагностики карстовых пустот, ограниченных слоями с наноцементным раствором
Статья научная
Введение. При строительстве жилых домов и промышленных зданий большую роль играет анализ подземных слоев земли, на котором стоит фундамент объекта. В связи с некачественной геологоразведкой поверхности земли при постройке жилых домов и промышленных зданий обнаруживается проблема карстовых провалов. В работе предлагается провести работы по укреплению водонасыщенных и неустойчивых грунтов для того, чтобы предотвратить обрушение при строительстве и эксплуатации объектов различного назначения. Бурение скважин в зоне карстообразования и нагнетание укрепляющего материала является основным способом защиты от проявления карстовых явлений. В работе исследуются газожидкостные слои (карстовые путоты) с содержанием нанокристаллов, которые находятся в газообразной или жидкостной среде. Изучение гидродинамических полей является актуальной задачей, имеющей значительное влияние на проектирование и эксплуатацию объектов. Методы и материалы. Наиболее эффективным способом защиты от карстовых явлений для уже построенных или вновь возводимых зданий и промышленных объектов является бурение скважин в зоне карстообразования и нагнетание укрепляющего материала. В результате исследования, проведенного после введения нанокремнезема в цементный раствор, было установлено, что время затвердевания цемента сокращается с увеличением количества наночастиц нанокремнеземов, т.е. наночастицы обладают большей скоростью реакции гидратации по сравнению с цементом. Усиленный нанокремнеземом цементный раствор добавляется в породу карстовой зоны, образуя нижний изолирующий слой и верхний стабилизирующий слой, предотвращающий проникновение глубинных вод в карстовую зону и стабилизирующий поверхность карстовой породы. На стадии карстообразования, расположенной в границах призмы обрушения и соответствующей ширине нижнего слоя, создаются два слоя верхнего и нижнего поддерживающего слоя. Каналы стока грунтовых вод от водосборов к зонам разгрузки формируются между опорными слоями толщиной в породу и изолирующими стабилизаторами, которые поддерживают естественный гидрогеологический режим толщи пород, содержащих карстовые слои воды. В результате повышаются защитные свойства горной породы при проявлении признаков карста, улучшаются физико-химические и несущие свойства грунта, повышаются прочностные свойства грунта и снижается вероятность возникновения оползней.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В результате деятельности промышленности в атмосферу выбрасывается большое количество загрязняющих веществ, оказывающих негативное воздействие на здоровье человека и окружающую среду. Разработка принципов устойчивого проектирования строительных площадок требует проработки алгоритмов, методик оценки и мониторинга экологической ситуации на строительной площадке. Анализ работ в области экологического мониторинга загрязнения атмосферы вредными веществами показал, что в условиях загрязнения атмосферы важное значение имеет скорость и достоверность получаемой информации. Рассмотрим применение интеллектуальной системы экологического мониторинга на примере г. Салават Республики Башкортостан. В статье рассмотрен пример непрерывного экомониторинга с использованием трех автоматических станций контроля загрязнения атмосферного воздуха для мониторинга атмосферного воздуха жилой зоны. Методы и материалы. Предложена интеллектуальная система экомониторинга, способная дать оценку состояния воздушного бассейна промышленного города, идентифицировать источники повышенной загрязнённости воздуха, обработать информацию с помощью искусственной нейронной сети в онлайн-режиме, формировать управляющие воздействия на источники повышенного загрязнения воздуха и рекомендации предприятиям по оптимизации режима работы для предотвращения превышения предельно допустимых концентраций вредных веществ.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Фенолы и нефтепродукты являются распространенными загрязняющими веществами сточных вод многих промышленных отраслей. Ввиду их стойкости и токсичности в природной среде необходима эффективная технология обезвреживания стоков. Для очистки сточных вод от этих токсикантов одним из передовых методов является озонирование в присутствии гетерогенных катализаторов. Так как большинство катализаторов являются дорогостоящими, ведется их поиск на базе переходных металлов и их оксидов, обладающих высокой активностью и сравнительно низкой стоимостью. В связи с этим в научно-образовательном центре инновационных технологий (НОЦИТ) УГНТУ выполнены работы, посвященные поиску эффективного и доступного катализатора для глубокого окисления фенола и нефтепродуктов в сточных водах под действием озона. Методы и материалы. Для исследования каталитического озонирования использовали модельную сточную воду, содержащую фенол и нефтепродукты в концентрациях 8 и 30 мг/дм3, соответственно. Озонирование проводили в присутствии свежего и отработанного катализатора №О-МоО3, нанесенного в виде нанопленки на цилиндрические гранулы Al2O3 массой 0,5-2 г. Результаты. Подобраны оптимальные условия озонирования с катализатором, так как уже после 10 минут процесса разложения в его присутствии ХПК снизилось на 25% по сравнению с процессом окисления с катализатором и на 40 % по сравнению с классическим озонолизом. Выявлено, что оптимальная загрузка катализатора - 1 г, продолжительность - 35 мин, рН = 8,5, температура - 22-30°С, доза озона - 5 г/дм3. Из полученных данных видно, что оптимальной дозой катализатора является 1 г/дм3. Обсуждения. При дозировках катализатора меньше 1 г/дм3 низкая эффективность удаления фенола и углеводородов, вероятно, связана с недостатком адсорбционной поверхности катализатора. Заключение. Исследованный способ очистки позволяет снизить содержание фенола и нефтепродуктов до нормативного показателя качества питьевой воды (0,001 и 0,05 мг/дм3, соответственно), ХПК на 96% и решить проблему губительного воздействия этих токсикантов на экосистемы.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье в самой доступной форме предоставлена информация о совершенно ином подходе к испытанию и применению в цементном бетоне лиофобных золей и золь-модификаторов в отличие от любых других химических добавок, которые в жидкой форме классифицируются как истинные растворы. Правила подбора составов, произведённых в лабораторных условиях по ГОСТ 27006-2019 п. 6.11, не могут быть также применены и для золей, и для золь-модификаторов, представляющих собой стабилизированные коллоидные растворы. Речь идёт о приготовлении бетонных смесей для их дальнейших испытаний.
Бесплатно
Лиофобные золи «Бетопресс»® в качестве присадок к химическим добавкам в бетон
Статья научная
В статье в доступной форме раскрывается новое направление в химизации цементных бетонов на уровне научного открытия. За основу взята сама идея присаживать реакционно активное вещество к химической жидкости с целью улучшения ее и придания ей новых свойств. В данной технологии автор статьи в качестве присадок предлагает использовать разработанные им лиофобные золи, а в роли жидкостей - водные растворы химических добавок российских производителей. Тяжелые цементные бетоны, наноструктурированные стабилизированными золями, находящимися в составе химических добавок, не подвержены разрушению даже после множества циклов замораживания и оттаивания в морской или минерализованной воде, не требуют специальной защиты, ухода, ремонта и не нуждаются в гидроизоляции.
Бесплатно
Модификация тампонажного портландцемента нанодобавками
Статья научная
Введение. Применяемые при цементировании скважин растворы (суспензии) портландцемента имеют высокие водоцементные отношения (0,45–0,6). Также они содержат минимальное количество инертных наполнителей, должны иметь нулевое водоотделение и регулируемое твердение с минимальным временем между началом и концом схватывания. Состояние вопроса. Основная часть работ по использованию нанодобавок в вяжущих системах относится к строительной отрасли. В качестве модификаторов цементных систем широкое применение имели нанокремний, нанотитан, нанокарбонат, наноглины, углеродные нановолокна и др., которые показывали повышение прочностных показателей получаемых бетонов. В литературе приведен широкий диапазон концентраций нанодобавок в цементные системы от 0,001 до 10,0%. Повышение прочности цементного камня при больших концентрациях добавок в ряде публикаций объясняется уменьшением его капиллярной пористости за счет кольматации порового пространства. Однако нанодобавки не должны выполнять роль микронаполнителей в затвердевшем камне. Они должны работать в цементном растворе на этапе гидратации цемента и структурообразования раствора при концентрациях менее 1,0%. Результаты и обсуждение. Приводятся результаты экспериментальных исследований реологических свойств и ранней прочности камня на основе портландцемента с добавками (0,01%) нанокарбоната и наножелеза. Роль нанодобавок заключается в повышении скорости гидратации цемента за счет снижения энергии активации и ускорения растворения твердой фазы в жидкости. Нанодобавки могут являться «подложкой», на которой образуются двумерные зародыши новой фазы. Вероятность появления двумерных зародышей на подложке на несколько порядков выше, чем для образования трехмерных зародышей новой фазы в объеме раствора. Заключение. Полученные результаты показали неоднозначное влияние добавок на тестируемые показатели, что свидетельствует о необходимости оптимизации количества добавок. Одной из причин неоднозначности результатов могут быть высокие водоцементные отношения, снижающие вероятность образования «стесненных» условий в цементных суспензиях. При этом «нивелируются» эффекты от ускорения гидратации цемента и уменьшается количество контактов между продуктами гидратации.
Бесплатно
Об эффективности применения конструкций из фибробетона в подземном строительстве. Опыт и перспективы
Статья обзорная
Введение. В статье рассматривается актуальное состояние возможностей повышения эффективности строительных процессов с помощью применения фибробетонов при строительстве транспортных и коммунальных тоннелей, а также других ответственных сооружений. Авторами представлен зарубежный опыт широкого применения фибробетонов в транспортном строительстве, также приводятся малочисленные случаи применения фибробетонов в отечественной практике, отмечается несоответствие отечественного опыта современному уровню техники. Приводятся основные блокираторы развития рассматриваемого вопроса, проблематика теоретического подхода и практического применения.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Получение пластифицирующих добавок с наночастицами для строительной индустрии является перспективным направлением в развитии современных строительных материалов. Использование наночастиц, таких как диоксид кремния, в составе комплексных добавок позволяет существенно улучшить структурные и механические свойства цементных систем, повышая их прочность, долговечность и устойчивость к внешним воздействиям. Данное исследование направлено на изучение процесса получения наночастиц диоксида кремния в водных средах и на получение комплексной органоминеральной добавки на основе флороглюцинфурфурольных олигомеров с наночастицами диоксида кремния. Материалы и методы исследования. В качестве органической составляющей комплексной добавки использовали модификатор на основе флороглюцинфурфурольных олигомеров. Для синтеза наночастиц диоксида кремния (минеральной составляющей добавки) использовали жидкое стекло (раствор силиката натрия). Для изучения совместимости компонентов и механизма их действия дополнительно в качестве дисперсной фазы органоминеральной добавки использовали Аэросил с удельной поверхностью, равной 2000 м3/кг. Распределение частиц и их размер определяли методом лазерной дифракции света на приборе Malvern Mastersizer 3000 и методом динамического рассеивания света на приборе Microtrac S3500. Микроскопический анализ комплексной добавки проводили на сканирующем электронном микроскопе TESCAN MIRA 3 LMU. Контроль химического строения и состава получаемой добавки проводили методом УФи ИКспектрофотометрии на приборах Specord 200 plus и Alpha Bruker Optics соответственно. Результаты и обсуждение. В статье изложены результаты разработки метода синтеза наночастиц диоксида кремния и создания комплексной органоминеральной добавки на основе флороглюцинфурфурольных олигомеров с содержанием наночастиц диоксида кремния. Добавка предназначена для использования в минеральных суспензиях, применяемых в строительных аддитивных технологиях. Установлено, что методом гидролиза силиката натрия возможно получать наноразмерные частицы диоксида кремния. Показано, что с увеличением концентрации силиката натрия значительно увеличивается количество частиц диоксида кремния, что способствует более быстрой коагуляции частиц с образованием крупных агрегатов. Показано, что методом кислотного титрования можно получать частицы диоксида кремния размером менее 10 нм. В период созревания частиц с 1 до 7 суток происходит увеличение размеров частиц примерно в 7 раз. Оптимальным соотношением для синтеза частиц следует считать соотношение растворов реактивов 2:1 об/об (силиката натрия к соляной кислоте). Показано, что введение индивидуальной добавки на стадии синтеза частиц позволяет стабилизировать их рост.
Бесплатно
Получение строительного силиката кальция
Статья научная
Введение. Силикат кальция - один из известных строительных материалов. Его структура обуславливает способность таких наноструктурированных добавок к образованию вторичной структуры - фрактальной (объемной) сетки, с которой взаимодействуют цементные зерна. Добавление наномодифицирующих добавок для улучшения технологии производства цементов позволит снизить размерность пространства, в котором происходит сорбция молекул на цементном зерне, и, соответственно, приведет к увеличению скорости и эффективности его блокировки. Методы и материалы. В работе предложен способ получения силиката кальция из отходов производства кальцинированной соды. Золь-гель метод синтеза индивидуального наномодификаторов в виде силиката позволит усовершенствовать технологию получения бетонов за счет формирования твердого фазового состояния модифицированной структуры цементного камня. В производстве кальцинированной соды под сбор отходов производства выделяются земельные участки (шламонакопители) для хранения дистиллерной жидкости. В связи с этим остро встает проблема ее утилизации, так как площадь, отводимая под шламонакопители, ограничена. Результаты и обсуждения. В ходе исследования было обнаружено, что добавление определенных компонентов позволяет не только снизить требуемую температуру обжига, но и повлиять на наноструктуру получаемого продукта. Диапазон значений содержания добавок на 5 грамм силиката кальция: С - 0,2+0,4; S - 0,3+0,5; ZnO -0,1+0,3; P2O5 - 0,3+0,5; NH2CONH2 - 0,3+0,3. По полученной матрице условий были приготовлены 16 образцов веществ. Наномодифицирование цементного камня приводит к его упрочнению в ранние сроки структурообразования. Заключение. Добавление гидроперита к силикату кальция значительно увеличивает твердость конечного продукта, при добавлении в качестве компонентов угля, серы, оксида цинка и пентаоксида фосфора изменяется твердость и структура соединения. Таким образом, использование наноструктурированной добавки к цементу на основе силиката кальция, полученного путем квалифицированной переработки основного отхода, входящего в состав дистиллерной жидкости - оксида кальция, позволит повысить качество бетона за счет улучшения технологии производства цемента.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Тяжелые металлы (медь, цинк, никель, свинец, хром, кобальт, кадмий) попадают в строительные материалы с природным и техногенным сырьем. Химический и минералогический состав крупнотоннажных отходов нефтехимической отрасли прекрасно подходит для производства строительных материалов. Присутствие тяжелых металлов в составе строительных композиций обеспечивает высокую прочность и морозостойкость. В настоящее время наноструктурированные металлсодержащие комплексы применяются в производстве строительных растворов, поэтому необходимо обеспечить надежное связывание тяжелых металлов в структурно устойчивые соединения, чтобы не происходила их эмиссия и вторичное загрязнение окружающей среды. Особый интерес исследователей вызывают ежегодно увеличивающиеся объемы шламмонакопителей, содержащие высокие концентрации тяжелых металлов, таких как хром Cr (+6), медь Си (+2), свинец Pb (+2), железо Fe (+2) и Fe (+3). Квалифицированное извлечение перечисленных металлов и связывание их в качестве нанокомпонентов в составе комплексообразователя обеспечит создание наноструктурной композиции в рецептуре приготовления строительного раствора различного назначения. Методы и материалы. Основным способом выделения тяжелых металлов являются сорбционные методы. В работе предложен способ получения алкиленаминополикарбоновых кислот и изучена его способность образовывать нанометаллические комплексные соединения для извлечения тяжелых металлов. Результаты и обсуждение. Проведены исследования эффективности полученных соединений - карбоксиметильных производных гексамина в качестве наноструктурированных комплексообразрвателей для связывания наночастиц металлов в нефтешламе. Подобраны оптимальные условия синтеза и доказана структура полученных комплексообразователей методами инфракрасного и ультрафиолетового излучения, а также методом ядерно-магнитного резонанса. Заключение. Полученные наностуктурированные добавки обладают связывающими свойствами, обеспечивающими высокое сцепление тяжелого металла с органическим субстратом и компонентами строительного раствора, что позволяет обеспечить прочную композицию, сохраняющую эксплуатационные свойства, удовлетворяющие техническим требованиям.
Бесплатно
Регулирование агрегативной устойчивости бинарных полимерминеральных дисперсий
Статья научная
Введение. В бинарных дисперсных системах различной природы (минеральных и полимерных) с различающимися на порядок по размеру частицами наблюдается гетерокоагуляция. Регулирование агрегативной устойчивости является ключевым моментом управления свойствами функциональных дисперсных материалов на основе подобных смешанных дисперсий. Данное исследование направлено на изучение водных монои бинарных дисперсий поливинилацетата, портландцемента, мела методом статического рассеивания лазерного излучения и оптической микроскопии. Материалы и методы исследования. Для изучения механизма действия модификатора FF на основе флороглюцинфурфурольных олигомеров в качестве дисперсных фаз использовали мел (CaCO3) дисперсный технический МТД-2 (ООО «Технострой», Копанищенское месторождение), портландцемент ЦЕМ I 42,5Н (ЗАО «Белгородский цемент») и поливинилацетат (ООО «Кубань-Полимер»). Было изучено распределение частиц и агрегативная устойчивость дисперсий на приборе Analysette 22 NanoTecplus; размеры частиц методом оптической микроскопии с использованием микроскопа «Axio.Scope.A.1» и адсорбция олигомеров на частицах дисперсий с использованием УФ-спектрометра (SPECORD UV). Результаты и обсуждение. Установлено, что флороглюцинфурфурольный модификатор способствует стабилизации бинарных полимерминеральных дисперсий. Получены интегральные и дифференциальные кривые распределения полимерных частиц в широком диапазоне 0,01-2100 мкм. Показана закономерность уменьшения модального диаметра адсорбционно модифицированных частиц с переходом от узкого к более широкому распределению с отсутствием крупных коагулюмов. Заключение. Предложена гипотеза, что в агрегативную устойчивость бинарных полимерминеральных дисперсий вносит значимый вклад адсорбционно-сольватный фактор агрегативной устойчивости. Роль этого фактора различна для мономинеральных и бинарных полимерминеральных дисперсий, зависит от гидрофильности поверхности и возрастает при переходе от минеральной поверхности к полимерной по мере увеличения константы Гамакера.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Ресурсосберегающий способ конструирования дорожных покрытий с использованием битумных микродисперсных эмульсий является востребованной тенденцией создания инновационных наноструктур. Технологичное использование нефтяных битумов в качестве вяжущих дорожных материалов требует уменьшения реологической вязкости, что может достигаться синергетическими разработками. Методы и материалы. B состав битумных микрогетерогенных эмульсий входят битумосодержащее сырье (30-80 масс. %), мягкая вода с жесткостью до 6 мг-экв/л (15-65 масс. %), эмульгаторы (до 3%) и др. компоненты. Для многотоннажного производства водно-битумных микродисперсных эмульсий коллоидная мельница является наиболее технологичным оборудованием.
Бесплатно
Создание композиционного материала на основе растительных компонентов
Статья научная
Введение. Исследование направлено на изучение возможности создания строительного композиционного материала на основе амилозы и амилопектина с введением измельченной грецкой скорлупы в качестве наполнителя. Материалы и методы исследования. Для получения композита применялись следующие компоненты: вода дистиллированная, крахмал картофельный (НеваРеактив, Санкт-Петербург, Россия), кислота уксусная 70% (НеваРеактив, Санкт-Петербург, Россия), высокодисперсный порошок скорлупы грецкого ореха. Для исследований использовали скорлупу грецкого ореха сорта Чандлер (привитой), собранного на территории Белгородской области. Получение композита производилось в несколько стадий. На первой стадии смесь крахмала и скорлупы грецкого ореха добавлялся в дистиллированную воду, после чего добавлялся предварительно приготовленный 9% раствор уксусной кислоты. Полученная смесь тщательно перемешивалась, после чего перемещалась в чашу из нержавеющей стали и подверглась термообработке. Полученную смесь затем прессовали методом твердофазного компактирования при давлении 72 МПа. Были изучены физико-механические показатели полученного композита, его термические свойства, а также гидрофобно-гидрофильный баланс поверхности. Результаты и обсуждение. Полученный композит обладает хорошими прочностными характеристиками. Пределы прочности на изгиб σf = 25,85±2,51 МПа и σf = 28,44±5,71 МПа для наполнения 50% масс. и 75% масс. соответственно ставят его в один ряд с аналогичными композитами из более традиционных термо- и реактопластичных полимеров. Установлен температурный предел эксплуатации композиционного материала, верхним из которых можно считать температуру начала размягчения полимерной матрицы - 103,1 оС.
Бесплатно
Способ производства наноструктурированной древесно-полимерной композиции с СВЧ - применением
Статья научная
Введение. Древесно-полимерные композиции (ДПК) в настоящее время нашли широкое применение в народном хозяйстве и строительстве. Состав ДПК широко варьируется в зависимости от дальнейшего назначения. Одним из перспективных направлений улучшения эксплуатационных характеристик является повышение качества связывания системы дерево - полимер. В качестве связующих компонентов применяют органические и неорганические субстраты, наноструктурированные индивидуальными веществами, в том числе и частицами металлов. Большинство многотоннажных производств нефтехимической промышленности при выработке целевой продукции различного назначения используют катализаторы, в основу которых входят активные носители - тяжелые металлы, дальнейшее восстановление которых после многочисленных стадий регенерации является невозможным. Отработанные катализаторы накапливаются в отстойниках, шламонакопителях, не находя квалифицированного метода утилизации и вторичного применения. Одним из компонентов, входящих в состав отработанных катализаторов, является хром (+6), относящийся к канцерогенным металлам. Многочисленные способы утилизации не дают возможности обезвреживать данный металл в промышленных масштабах, что представляет интерес для исследования. Методы и материалы. Исследование направлено на перевод канцерогенного хрома (+6) в неканцерогенный хром (+3) методом сверхвысокочастотного воздействия (СВЧ), что позволит открыть возможности для применения его в качестве хромсодержащего нанокомплекса, связывающего дерево-полимер. Результаты и обсуждения. Сверхвысокочастотное воздействие на смесь древесно-полимерной композиции и отработанный хром(+6) вызывает повышение глубины проникновения волн высокой частоты, характеризующееся равномерным распределением энергии по всей площади композита, что объясняется восстановлением оксида хрома (VI) в оксид хрома (III), а также наблюдается изменение цвета наноструктурированной древесно-полимерной композиции (ДП - композиции) с желтого цвета на малахитовый. Заключение. Данное исследование, заключающееся в применении СВЧ-воздействия на систему дерево-наночастица-полимер, подтверждает получение прочного строительного продукта и применение его в строительстве кровли, фасадной доски, тротуаров, пирсов, портовых сооружений и т.д.
Бесплатно
